一种二硫化钨纳米片的制备方法技术

本发明专利技术提供一种二硫化钨纳米片制备方法，其步骤包括：(1)将二硫化钨与强酸混合搅拌、充分浸润后,加入高铁酸盐或金属过氧化物进行反应；(2)将反应后得到的反应物缓慢滴加到去离子水中进行稀释；(3)将稀释后的液体在超声分散设备中超声处理；(4)将分散后的液体静置，去除沉淀物中未被剥离或剥离程度低的二硫化钨；(5)将静置后的上层液体进行抽滤处理，得到的物质先用盐酸清洗，再用去离子水洗至中性；(6)最后将得到的产物进行干燥处理，得到二硫化钨纳米片。本发明专利技术方法通过强酸与高铁酸盐或金属过氧化物的反应及超声作用剥离制备出二硫化钨纳米片，安全稳定，无污染，原料易得，操作容易，设备简单，产量较高，产品质量好。

【技术实现步骤摘要】
一种二硫化钨纳米片的制备方法
本专利技术属于无机非金属材料制备方法
，具体涉及一种安全稳定，无污染，操作简单，产量高，产品质量好的制备二硫化钨纳米片的方法。
技术介绍
2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，用微机械剥离法成功从石墨中分离出石墨烯，石墨烯的特殊结构及其优良性能掀起了一场2D层状结构材料的合成及性能研究热潮。二硫化钨(WS2)即为一种备受研究人员关注的2D层状材料。二硫化钨是钨和硫的化合物，具有类似石墨的六方晶系层状结构，层与层之间通过较弱的范德华力相连，粉末为黑灰色，微溶于冷水，溶于热水，室温下不与酸碱发生反应。纳米二硫化钨材料具有许多独特的电子学、光学及力学性能，在润滑、催化、电极材料等方面有重要的应用。目前，二硫化钨纳米片的制备方法主要有：机械剥离法(X.H.Zhang,H.X.Xu,J.T.Wang,X.Ye,W.N.Lei,M.Q.Xue,H.Tang,C.S.Li.NanoscaleResearchLetters,2016,11,442.)、液相剥离法(D.Y.Xu,P.T.Xu,Y.Z.Zhu,W.C.Peng,Y.Li,G.L.Zhang,F.B.Zhang,T.E.Mallouk,X.B.Fan.ACSAppl.Mater.Interfaces,2018,10,2810-2818.)、电化学剥离法(S.X.Leong,C.C.M.Martinez,X.Y.Chia,J.Luxa,Z.Sofer,M.Pumera.ACSAppl.Mater.Interfaces,2017,9,26350-26356.)、气相沉积法(Y.S.Zhang,J.P.Shi,G.F.Han,M.J.Li,Q.Q.Ji,D.L.Ma,Y.Zhang,C.Li,X.Y.Lang,Y.F.Zhang,Z.F.Liu.NanoResearch,2015,8,2881-2890.)及固相反应法(X.H.Zhang,H.X.Xu,J.T.Wang,X.Ye,W.N.Lei,M.Q.Xue,H.Tang,C.S.Li.NanoscaleResearchLetters,2016,11,442.)等。虽然上述方法成功制备出二硫化钨纳米片，但是这些方法仍存在一些不足之处，限制了其制备和应用。比如，机械剥离法容易对纳米片造成一定的缺陷，液相剥离法耗时较久，气相沉积法和固相反应法一般需要使用较高的反应温度或反应压力、复杂和昂贵的设备。中国专利CN106082147A公开了一种稳定的液相化学剥离制备氮化硼纳米片的方法。通过强酸与高铁酸盐的反应制备出氮化硼纳米片，原料易得，安全稳定，不产生污染，操作简单，无须复杂昂贵的设备，产量较高，产品质量好。但现有技术中，在保证二硫化钨纳米片结构完整性和产率的前提下，开发一种成本低、设备简单、操作方便且安全稳定的制备工艺方法，仍是本领域研究的难点。
技术实现思路
为了克服上述不足，本专利技术提供一种二硫化钨纳米片的制备方法。该方法安全稳定，无污染，原料易得，操作容易，设备简单，产量较高，产品质量好。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种稳定的二硫化钨纳米片制备方法，包括：(1)在低温下采用强酸对二硫化钨进行浸润，再加入高铁酸盐或金属过氧化物，混合均匀、充分反应；(2)将步骤(1)反应后的产物缓慢滴加入水中进行稀释；(3)将步骤(2)稀释后的液体进行超声处理，静置、去除沉淀物中未被剥离或剥离程度低的二硫化钨；(4)将处理后的上层液体进行抽滤处理，得到的物质先酸洗、再水洗至中性、烘干，即得二硫化钨纳米片。为了寻找一种更为简单、高效的二硫化钨纳米片化学剥离方法，本申请试图借鉴关于氮化硼化学剥离方法，但实验结果表明：由于二硫化钨层间结合力较强，剥离效果不尽人意。为此，本申请希望通过将液相嵌锂剥离法、电化学剥离法、液相超声剥离法与氮化硼化学剥离方法相结合，以获得更好地剥离效果。综合考虑成本和效率等多方面因素，本申请首先采用超声辅助氮化硼化学剥离以获得二硫化钨纳米片，但实验发现：超声虽然有效地促进了层状晶体结构的破坏，但也影响了浓硫酸对二硫化钨纳米片浸润、以及浓硫酸与高铁酸盐的反应，使二硫化钨纳米片物相和形貌不易控制；另外，由于二硫化钨有一定的还原性在超声下容易被浓酸氧化，因此，本申请对二硫化钨在浓硫酸浸润情况下的剥离规律和主要影响因素进行了系统研究，并尝试了多种组合剥离方法后发现：将浓硫酸和高铁酸液剥离后的二硫化钨再经超声处理，可以有效地提高二硫化钨纳米片剥离效率，制得形貌完整、分散良好的二硫化钨纳米片。由于二硫化钨的剥离率较低和分散性相对较差，因此，实验过程中发现：离心处理时，已分散的二硫化钨纳米片易团聚、沉淀析出。为此，本申请尝试了多种固液分离方法，发现：采用静置一段时间后抽滤的方式，二硫化钨纳米片的得率最高、形貌完整型最好，这可能是由于静置过程中已分散的二硫化钨纳米片在上层液中得到了很好的保留和分层，再通过底部抽滤的方式有效地脱除溶剂，整个过程缓和、高效，既不会破坏二硫化钨纳米片形貌，又保证了已分散的二硫化钨纳米片的最大化保留。优选的，所述二硫化钨与强酸的质量体积比为1g：50-100ml，优选的，所述二硫化钨与高铁酸盐或金属过氧化物的质量比为1：3-10。由于二硫化钨有一定的还原性，在高温下也容易被浓酸氧化，反应条件应避免温度过高，因此，本申请步骤1)中，优选的低温条件为0-30℃水浴或冰浴。优选的，二硫化钨与强酸浸润时间为5-12小时；优选的，加入高铁酸盐或金属过氧化物后在搅拌条件下，反应5-12小时。优选的，所述强酸为浓硫酸、浓硝酸或者二者任意比例的混酸。优选的，所述浓硫酸质量分数为98.3％，浓硝酸质量分数为68％。优选的，所述高铁酸盐为高铁酸钾、高铁酸钠或者两者任意比例的混合物。优选的，所述金属过氧化物为过氧化钠、过氧化钾或者两者任意比例的混合物。本申请选择对蒸馏水稀释处理后的二硫化钨纳米片进行超声处理，此时，二硫化钨经过之前的硫酸浸润、高铁酸盐反应、以及在蒸馏水中溢出O2三步剥离后，其片层间的结合力已大为减弱，容易通过短时间的超声处理实现有效分散，同时，与“将超声处理同之前三步剥离同时进行”相比，二硫化钨纳米片的平滑度和完整性更好、边缘卷曲现象较少。超声波产生的空化气泡，在气泡破裂时所造成的高能喷射作用会破坏层状晶体的结构，使纳米片脱落。但本申请研究发现：对于经过“硫酸浸润、高铁酸盐反应、以及在蒸馏水中溢出O2三步剥离后”的二硫化化钨纳米片，若超声时间小于5小时，纳米片的团聚仍然比较严重、尺寸很小。若超声时间大于12小时，会导致纳米片厚度增加，边缘发生严重的卷曲。因此，本申请优选的超声处理时间为5-12小时。优选的，所述超声功率为300W。优选的，步骤4)中，烘干的具体条件为60℃下烘干10h。本专利技术还提供了任一上述的方法制备的二硫化钨纳米片。本专利技术还提供了上述的二硫化钨纳米片在制造润滑、催化和电极材料中的应用。本专利技术的有益效果(1)本专利技术所述方法采用四步完成对二硫化钨纳米片的剥离，第一步采用强酸对二硫化钨进行浸润，使强酸进入到二硫化钨层间完成初步剥离；第二步通过加入高铁酸盐或金属过氧化物后的反应诱导二硫化钨纳米片的二次剥离；第三本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种稳定的二硫化钨纳米片制备方法，其特征在于，包括：(1)在低温下采用强酸对二硫化钨进行浸润，再加入高铁酸盐或金属过氧化物，混合均匀、充分反应；(2)将步骤(1)反应后的产物缓慢滴加入水中进行稀释；(3)将步骤(2)稀释后的液体进行超声处理，静置、去除沉淀物中未被剥离或剥离程度低的二硫化钨；(4)将处理后的上层液体进行抽滤处理，得到的物质先酸洗、再水洗至中性、烘干，即得二硫化钨纳米片。

【技术特征摘要】
1.一种稳定的二硫化钨纳米片制备方法，其特征在于，包括：(1)在低温下采用强酸对二硫化钨进行浸润，再加入高铁酸盐或金属过氧化物，混合均匀、充分反应；(2)将步骤(1)反应后的产物缓慢滴加入水中进行稀释；(3)将步骤(2)稀释后的液体进行超声处理，静置、去除沉淀物中未被剥离或剥离程度低的二硫化钨；(4)将处理后的上层液体进行抽滤处理，得到的物质先酸洗、再水洗至中性、烘干，即得二硫化钨纳米片。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述二硫化钨与强酸的质量体积比为1g：50-100ml，所述二硫化钨与高铁酸盐或金属过氧化物的质量比为1：3-10。3.如权利要求1所述方法，其特征在于，步骤1)中，低温为0-30℃水浴或冰浴；二硫化钨与强酸浸润时间为5-12小时...

【专利技术属性】
技术研发人员：毕见强，高希成，王伟礼，孙晓宁，陈亚飞，孙国勋，冷明哲，郝旭霞，王璐，颜伟康，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东,37