本发明专利技术涉及一种一步化学气相沉积制备高质量二硫化钨纳米片，包括：以偏钨酸铵、钨酸钠中的一种或两种混合物为钨源，以硫脲为硫源，按钨源中的钨、硫源中的硫摩尔比为1:(1.8～2.5)，并按钨源中的钨与NaCl的摩尔比为1:(50～600)计，将钨源、硫源和NaCl加入去离子水中溶解，再冷冻和进行真空干燥，得到混合物；将制得的混合物研磨成粉末，过筛后铺于方舟中，置于管式炉恒温区进行煅烧和化学气相沉积，得到产物A；水洗并进行真空干燥，得到二硫化钨纳米片。本发明专利技术可得到结晶度高、质量好、尺寸均一、厚度较薄、可量产的单晶二硫化钨纳米片。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种高质量二硫化钨纳米片材料及其制备方法，可应用于且不仅限于锂离子二次电池电极材料领域。
技术介绍
超薄的层状过渡金属二硫化物纳米片，如MoS2、WS2、TiS2, TaS2, MoSe2, WSe2等，由于其本身独特的化学、电学性质已经成为了化学工业和电子工业中一类不可或缺的关键材料。是否能够高效、大量地生产高质量的过渡金属二硫化物纳米片是目前化工和电子产业中亟待解决的一个问题，同时，也是科研中探索过渡金属二硫化物与其他材料进行复合以创造新的功能材料来满足某些特定领域应用需要的根本基础。MoSjP WS2是过渡金属二硫化物中最具有代表性也是最常见的两种物质。其中，MoS2以其更类似于石墨烯的密排六方结构和片层堆垛方式已经得到了科学家们的广泛研究，并与石墨烯、碳纤维、二氧化钛等材料进行复合，在锂电池、超级电容器、化学析氢、光催化、半导体、电子封装等领域取得了重要进展。为了深入探索过渡金属二硫化物独特性质的来源，另一种物质WS2也逐步进入了科学家们的视野，但WS 2更高的原料成本和更复杂、更苛刻的制备工艺却限制了人们对它的研究和应用。寻找一种高效、可批量制备高质量二硫化钨纳米片的方法是科研工作者们一直探索的方向之一，同时也是研究和发展二硫化钨及其复合产物的前提条件。目前，对研究尚处于起步阶段，用来制备WS 2纳米片的手段也相对单一，即从制备MoS2纳米片的方法上沿用而来的剥离法，包括机械剥离、液相剥离、化学剥离、Li 嵌入化学剥离等(J.Am.Chem.Soc.2015, do1: 10.1021/jacs.5b02780)(Electrochem.Commun.2015, 56, 24-28)。简单来说，剥离法一般是以商业化的WS2纳米块体粉末为原料，通过超声波降解或化学物质嵌入/吸附解离等近似物理的手段来获得二硫化钨纳米片；这样的手段虽然简单直接，但始终不能绕过要先合成商业化WS2粉末的缺陷，造成了时间、能源、人力等的二次浪费。同时，剥离法所获得WS2纳米片也存在易团聚、分散性不好、厚度不均、缺陷多、质量不佳等问题，且剥离也会对环境产生噪声污染和化学污染。
技术实现思路
本专利技术提供一种制备高质量单晶二硫化钨纳米片的方法，该制备方法利用NaCl的自组装作用，充分控制好钨酸盐、硫脲、NaCl之间的比例，使得钨酸盐和硫脲在单个NaCl自组装体中不连续分布，同时模板将在高温煅烧过程中以空间位阻和热膨胀应力两种方式限制纳米片在厚度方向上的生长，以使最终获得结晶度高、质量好、尺寸均一、厚度较薄、可量产的单晶二硫化钨纳米片。本专利技术是通过以下技术方案加以实现的，—种化学气相沉积制备高质量二硫化钨纳米片的方法，包括以下步骤:(I).以偏钨酸铵、钨酸钠中的一种或两种混合物为钨源，以硫脲为硫源，按钨源中的钨、硫源中的硫摩尔比为1: (1.8?2.5)，并按钨源中的钨与NaCl的摩尔比为1: (50?600)计，将钨源、硫源和NaCl加入去离子水中溶解，搅拌配成溶液，再超声混合均匀后于(TC下冷冻，待溶液全部结冰后置于冷冻干燥机于较冷温度(_50°C?-30°c )进行真空干燥，得到混合物；(2).将步骤(I)制得的混合物研磨成粉末，过100-300目筛后铺于方舟中，置于管式炉恒温区进行煅烧:以N2、He和Ar的一种气体或混合气体作为惰性气体源，先以流量为200-400ml/min通入惰性气体10-30分钟以排除空气；再以Ar作为保护气，将保护气流量固定为50-300ml/min，以1_10°C /min的升温速度升温至600_750°C，保温l_3h进行化学气相沉积，反应结束后随炉冷却至室温，得到产物A ;(3).收集步骤⑵制得的粉体产物A，水洗至煅烧产物中没有NaCl为止，将水洗后的产物置于冷冻干燥机中于较冷温度(_50°C?_30°C )进行真空干燥8h，得到二硫化钨纳米片。本专利技术具有以下优点:本专利技术利用廉价易得的原料制备单晶二硫化钨纳米片，成本低廉，反应过程简单、可控性强。同时该种材料结晶度高，质量好，结构均一，形貌优良、性能优异。【附图说明】图1为本专利技术实施例1制备二硫化钨纳米片过程中冻干后的前驱体凝胶的SEM照片。从该图明显看出NaCl的自组装方式和钨源、硫源在一个NaCl组装体中的分布情况。图2为本专利技术实施例1制得的二硫化钨纳米片的SEM照片。从该图明显看出二硫化钨纳米片的三角形和六边形形貌。图3为本专利技术实施例1制得的二硫化钨纳米片的FE-SEM照片。从该图明显看出一■硫化妈纳米片的尺寸和厚度。图4为本专利技术实施例1制得的二硫化钨纳米片的TEM照片。从该图明显看出二硫化钨纳米片的整体结构。图5为本专利技术实施例1制得的二硫化钨纳米片的TEM照片。从该图明显看出二硫化钨纳米片的片层数目和晶格点阵。图6为本专利技术实施例1制得的二硫化钨纳米片的SEAD图像。从该图明显看出二硫化钨纳米片的单晶特征衍射花样。图7为本专利技术实施例1制得的二硫化钨纳米片的XRD图谱。【具体实施方式】下面结合具体实施例对本专利技术的具体内容具体说明如下:实施例1:称取0.2463g偏钨酸铵、0.1827g硫脲和23.4g氯化钠，将混合物溶于150ml的去离子水中，以搅拌速度300r/min的磁力搅拌器，搅拌溶解配成溶液，然后再以功率为400W的超声器超声15min，混合均勾。将混合液放入冰箱中12h结冰，之后置于冷冻干燥机中-50°C真空干燥，直至烘干得到混合物。研磨混合物并过150目筛，取1g粉末置于方舟中，将方舟放入管式炉中，通入200ml/min的Ar惰性气体排除空气，再以200ml/min的Ar惰性气体、并以10°C /min的升温速度升温至温度750°C，保温2h进行化学气相沉积，反应结束后在Ar气氛保护下冷却至室温，得到煅烧产物A，收集，研细，水洗至产物中没有NaCl为止，在冷冻干燥机中于-50°C下进行真空干燥8h，得到二硫化钨纳米片，该二硫化钨纳米片多呈三角形和六边形，单个纳米片的长度为0.l-20um，厚度为0.8-100.0nm, 二硫化妈纳米片层数为1-30层，并具有单晶特征。实施例2:称取0.4926g偏钨酸铵、0.3654g硫脲和5.85g氯化钠，将混合物溶于10ml的去离子水中，以搅拌速度300r/min的磁力搅拌器，搅拌溶解配成溶液，然后再以功率为400W的超声器超声15min，混合均勾。将混合液放入冰箱中12h结冰，之后置于冷冻干燥机中-50°C真空干燥，直至烘干得到混合物。研磨混合物并过100目筛，取1g粉末置于方舟中，将方舟放入管式炉中，通入200ml/min的Ar惰性气体排除空气，再以200ml/min的Ar惰性气体、并以10°C /min的升温速度升温至温度600°C，保温3h进行化学气相沉积，反应结束后在Ar气氛保护下冷却至室温，得到煅烧产物A，收集，研细，水洗至产物中没有NaCl为止，在冷冻干燥机中于_50°C下进行真空干燥8h，得到二硫化钨纳米片。实施例3:称取0.2463g偏钨酸铵、0.1827g硫脲和35.1g氯化钠，将混合物溶于200ml的去离子水中，以搅拌速度300r/min的磁力搅拌器，搅拌溶解配成溶液，然后再以功率为400W的超声器超声15min，混合均勾。将混合本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种化学气相沉积制备高质量二硫化钨纳米片的方法，包括以下步骤：(1).以偏钨酸铵、钨酸钠中的一种或两种混合物为钨源，以硫脲为硫源，按钨源中的钨、硫源中的硫摩尔比为1:(1.8～2.5)，并按钨源中的钨与NaCl的摩尔比为1:(50～600)计，将钨源、硫源和NaCl加入去离子水中溶解，搅拌配成溶液，再超声混合均匀后于0℃下冷冻，待溶液全部结冰后置于冷冻干燥机于较冷温度(‑50℃～‑30℃)进行真空干燥，得到混合物；(2).将步骤(1)制得的混合物研磨成粉末，过100‑300目筛后铺于方舟中，置于管式炉恒温区进行煅烧：以N2、He和Ar的一种气体或混合气体作为惰性气体源，先以流量为200‑400ml/min通入惰性气体10‑30分钟以排除空气；再以Ar作为保护气，将保护气流量固定为50‑300ml/min，以1‑10℃/min的升温速度升温至600‑750℃，保温1‑3h进行化学气相沉积，反应结束后随炉冷却至室温，得到产物A；(3).收集步骤(2)制得的粉体产物A，水洗至煅烧产物中没有NaCl为止，将水洗后的产物置于冷冻干燥机中于较冷温度(‑50℃～‑30℃)进行真空干燥8h，得到二硫化钨纳米片。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：何春年，周静雯，赵乃勤，师春生，刘恩佐，李家俊，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12
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