一种熔盐电化学剥离法制备二维层状WS2材料的方法技术

一种熔盐电化学剥离法制备二维层状WS2材料的方法，属于熔盐电化学剥离技术领域。该方法将氯化物熔盐体系的原料，先分别烘干后，在置于刚玉坩埚内，并放置于马弗炉中进行加热至熔盐熔化，恒温稳定后在氩气氛围下，将石墨阳极和WS2阴极片放入熔盐中，施加恒电流反应后，将WS2阴极片提出熔盐置上方冷却后，用去离子水反复清洗离心烘干，即得到二维层状WS2材料。采用本方法制备二维层状WS2材料具有成本低、产量高、工艺流程简单、耗时短、环境友好且没有含氧官能团的影响的优点。

A Method for Preparing Two-dimensional Layered WS2 Materials by Molten Salt Electrochemical Stripping

A method for preparing two-dimensional layered WS2 material by molten salt electrochemical stripping belongs to the technical field of molten salt electrochemical stripping. In this method, the raw materials of chloride molten salt system are dried separately, heated in corundum crucible and placed in muffle furnace until molten salt is melted. After constant temperature stabilization, graphite anode and WS2 cathode sheet are put into molten salt under argon atmosphere. After applying constant current reaction, WS2 cathode sheet is put forward to be cooled above molten salt, then centrifugal drying is repeatedly cleaned with deionized water. Two-dimensional layered WS2 material was obtained. The preparation of two-dimensional layered WS2 materials by this method has the advantages of low cost, high yield, simple process flow, short time-consuming, environmentally friendly and without the influence of oxygen-containing functional groups.

【技术实现步骤摘要】
一种熔盐电化学剥离法制备二维层状WS2材料的方法
本专利技术涉及熔盐电化学剥离
，具体涉及一种熔盐电化学剥离法制备二维层状WS2材料的方法。
技术介绍
自石墨烯问世后，由于其独特的层状结构及光电特性，受到了科研工作者的广泛关注。但由于其零带隙的特点，限制了其在光电领域进一步的应用。近来，以WS2为代表的二维过渡金属硫族化合物材料，具有类石墨烯的二维层状结构及优异的电子传导特点，当其块体材料被剥离成二维的纳米片后，具有更优异的物理化学性能，广泛应用于电化学储能、光电催化等领域。目前，制备WS2纳米片的方法有气相沉积法、机械剥落法、液体剥落法、化学及电化学离子剥离法等。这些方法虽然可以制备出二维层状WS2，但都存在许多缺陷。例如化学气相沉积法需要较高的反应温度，对生长所用的管式炉及衬底的要求较高等；机械剥落法对层状WS2的尺寸，形状和厚度难以控制，且产量较低。液体剥落法存在产率低，产物小而不均匀等缺点；化学及电化学离子剥离法限制了二维材料的尺寸及层分布，同时电解液中的含氧官能团影响了二维层状WS2的电化学性能。而熔盐电化学剥离法成本低、产量高、工艺流程简单、耗时短、环境友好且没有含氧官能团的影响。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种熔盐电化学剥离法制备二维层状WS2材料的方法，该方法将NaCl-CaCl2熔盐体系、LiCl-KCl熔盐体系、NaCl-KCl熔盐体系、NaCl-KCl-MgCl2熔盐体系、NaCl-KCl-ZnCl2熔盐体系中的一种，将熔盐体系置于刚玉坩埚内，并放置于马弗炉中进行加热至熔盐熔化。恒温稳定后在氩气氛围下，将石墨阳极和WS2阴极片放入熔盐中，施加恒电流反应后，将WS2阴极片提出熔盐置上方冷却后，用去离子水反复清洗离心烘干，即得到二维层状WS2材料。采用本专利技术的方法制备二维层状WS2材料具有成本低、产量高、工艺流程简单、耗时短、环境友好且没有含氧官能团的影响的优点。本专利技术的一种熔盐电化学剥离法制备二维层状WS2材料的方法，包括以下步骤：步骤1：准备(1)熔盐原料预处理按熔盐体系的熔盐原料成分，称量熔盐原料，将熔盐原料分别在真空状态下进行预处理，脱去熔盐原料中的水分，冷却至室温，得到脱水后的熔盐原料；所述的熔盐体系为氯化盐的混合熔盐体系中的一种；(2)电极的制备将WS2粉末压制成电极片，烧结后，作为WS2阴极，用细钼丝固定在第一钼杆集流体上；将石墨棒表面打磨、清洗、烘干，作为石墨阳极，固定在第二钼杆集流体上；步骤2：组装反应体系(1)将熔盐电化学反应器清洗并烘干，得到烘干后的熔盐电化学反应器；(2)将脱水后的熔盐原料，按熔盐体系配比，混合后，加入坩埚中，置于熔盐电化学反应器中密封；(3)将密封后的熔盐电化学反应器置于马弗炉中，真空状态下，升温至200～400℃保温3～5h后，通入Ar作为保护气，继续升温至熔盐体系的熔化温度，进行熔盐电化学过程；(4)将石墨阳极和WS2阴极插入熔盐体系中，施加25～500mA的恒电流，电解0.3～8h，将WS2阴极取出，冷却，得到电解后的WS2阴极；步骤3：后处理将电解后的WS2阴极，超声浸泡在去离子水中，去除表面及内部的熔盐，得到黑色悬浊溶液；将黑色悬浊溶液用去离子水反复清洗、离心固液分离，将固体产物，真空干燥，得到二维层状WS2材料。所述的步骤1(1)中，熔盐原料进行预处理前，将熔盐原料研磨，得到粒径≤2mm的熔盐原料。所述的步骤1(1)中，所述的熔盐体系为NaCl-CaCl2熔盐体系、LiCl-KCl熔盐体系、NaCl-KCl熔盐体系、NaCl-KCl-MgCl2熔盐体系、NaCl-KCl-ZnCl2熔盐体系中的一种。所述的NaCl-CaCl2熔盐体系中，按摩尔比，NaCl：CaCl2＝0.479：0.521；所述的LiCl-KCl熔盐体系中，按摩尔比，LiCl：KCl＝0.592：0.408；所述的NaCl-KCl熔盐体系中，按摩尔比，NaCl：KCl＝0.5：0.5；所述的NaCl-KCl-MgCl2熔盐体系中，按摩尔比，NaCl：KCl：MgCl2＝0.33：0.216：0.454；所述的NaCl-KCl-ZnCl2熔盐体系中，按摩尔比，NaCl：KCl：ZnCl2＝0.2：0.2：0.6。所述的步骤1(1)中，所述的熔盐原料为NaCl、CaCl2、LiCl、KCl、MgCl2、ZnCl2中的一种或几种，具体成分根据选用的熔盐体系决定。所述的步骤1(1)中，所述的预处理为：升温至200～350℃，恒温10～15h，升温速率为2～5℃/min。所述的步骤1(2)中，所述的电极片的直径为16mm，厚度为1～1.5mm。所述的步骤1(2)中，所述的压制的压力为1～2MPa。所述的步骤1(2)中，所述的烧结，具体为在Ar气氛下，800～900℃烧结4～6h。所述的步骤1(2)中，所述的细钼丝为直径为0.3mm的细钼丝。所述的步骤1(2)中，所述的石墨棒，其直径为10mm，长为100mm。所述的步骤1(2)中，所述的第一钼杆集流体为直径为1.5mm、长为20cm的钼棒；所述的第二钼杆集流体为直径为1.5mm、长为1.2m的钼棒。所述的步骤1(2)中，所述的打磨为，采用400目砂纸将石墨棒表面杂质去除；所述的清洗，采用酒精进行清洗。所述的步骤1(2)中，将石墨棒固定在钼杆集流体上，具体为将石墨棒一端设置一个通孔，将钼杆集流体插入通孔中进行固定，所述的通孔的直径为1.5mm。所述的步骤2(1)中，所述的清洗并烘干，具体为用水反复清洗后，自然晾干，再放置在马弗炉中加热至100～120℃，加热速率为2～3℃/min，恒温20～60min。所述的步骤2(3)中，所述的升温至200～400℃，其升温速率为3～5℃/min。所述的步骤2(3)中，所述的继续升温至熔盐体系的熔化温度，其升温速率为3～5℃/min。所述的步骤2(3)中，所述的熔盐体系的熔化温度，为350～850℃。所述的步骤2(3)中，所述的通入Ar气作为保护气，Ar的流速为100～110mL/min。所述的步骤3中，所述的超声浸泡，浸泡时间为10～15h。所述的步骤3中，所述的离心，离心转速为8000～12000r/min，时间为5～10min。所述的步骤3中，所述的真空干燥，具体为在50～60℃真空干燥10～15h。本专利技术的原理是利用高温熔盐电解实现离子对二维层状WS2的插层，鉴于不同阳离子具有不同的离子半径，可通过不同熔盐体系实现对WS2的层间距的调控，从而实现对二维层状WS2材料的剥离。本专利技术的一种熔盐电化学剥离制备二维层状WS2的方法，其有益效果在于：1、传统制备二维材料的方法产率低，对前驱体要求严格，对基板的依赖大。本专利技术通过在熔盐中电化学剥离制备二维WS2材料，产量相对大，对前驱体要求低，不需要基板支撑。2、化学，电化学离子插层和剥落法制备的二维层状WS2材料时，电解液中的含氧官能团会影响二维层状WS2的电化学性能。本专利技术通过在熔盐中电化学剥离制备二维WS2材料，因为熔盐在无氧条件下进行，因此不存在含氧官能团的影响，可提高WS2的电化学性能。3、本技术专利技术具有成本低、产量高、工艺流程简单、耗时短、环境友好且没有含氧官能团的影响等的优点。附图说明图1为本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种熔盐电化学剥离法制备二维层状WS2材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：准备(1)熔盐原料预处理按熔盐体系的熔盐原料成分，称量熔盐原料，将熔盐原料分别在真空状态下进行预处理，脱去熔盐原料中的水分，冷却至室温，得到脱水后的熔盐原料；所述的熔盐体系为氯化盐的混合熔盐体系中的一种；(2)电极的制备将WS2粉末压制成电极片，烧结后，作为WS2阴极，用细钼丝固定在第一钼杆集流体上；将石墨棒表面打磨、清洗、烘干，作为石墨阳极，固定在第二钼杆集流体上；步骤2：组装反应体系(1)将熔盐电化学反应器清洗并烘干，得到烘干后的熔盐电化学反应器；(2)将脱水后的熔盐原料，按熔盐体系配比，混合后，加入坩埚中，置于熔盐电化学反应器中密封；(3)将密封后的熔盐电化学反应器置于马弗炉中，真空状态下，升温至200～400℃保温3～5h后，通入Ar作为保护气，继续升温至熔盐体系的熔化温度，进行熔盐电化学过程；(4)将石墨阳极和WS2阴极插入熔盐体系中，施加25～500mA的恒电流，电解0.3～8h，将WS2阴极取出，冷却，得到电解后的WS2阴极；步骤3：后处理将电解后的WS2阴极，超声浸泡在去离子水中，去除表面及内部的熔盐，得到黑色悬浊溶液；将黑色悬浊溶液用去离子水反复清洗、离心固液分离，将固体产物，真空干燥，得到二维层状WS2材料。...

【技术特征摘要】
1.一种熔盐电化学剥离法制备二维层状WS2材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：准备(1)熔盐原料预处理按熔盐体系的熔盐原料成分，称量熔盐原料，将熔盐原料分别在真空状态下进行预处理，脱去熔盐原料中的水分，冷却至室温，得到脱水后的熔盐原料；所述的熔盐体系为氯化盐的混合熔盐体系中的一种；(2)电极的制备将WS2粉末压制成电极片，烧结后，作为WS2阴极，用细钼丝固定在第一钼杆集流体上；将石墨棒表面打磨、清洗、烘干，作为石墨阳极，固定在第二钼杆集流体上；步骤2：组装反应体系(1)将熔盐电化学反应器清洗并烘干，得到烘干后的熔盐电化学反应器；(2)将脱水后的熔盐原料，按熔盐体系配比，混合后，加入坩埚中，置于熔盐电化学反应器中密封；(3)将密封后的熔盐电化学反应器置于马弗炉中，真空状态下，升温至200～400℃保温3～5h后，通入Ar作为保护气，继续升温至熔盐体系的熔化温度，进行熔盐电化学过程；(4)将石墨阳极和WS2阴极插入熔盐体系中，施加25～500mA的恒电流，电解0.3～8h，将WS2阴极取出，冷却，得到电解后的WS2阴极；步骤3：后处理将电解后的WS2阴极，超声浸泡在去离子水中，去除表面及内部的熔盐，得到黑色悬浊溶液；将黑色悬浊溶液用去离子水反复清洗、离心固液分离，将固体产物，真空干燥，得到二维层状WS2材料。2.如权利要求1所述的熔盐电化学剥离法制备二维层状WS2材料的方法，其特征在于，所述的步骤1(1)中，熔盐原料进行预处理前，将熔盐原料研磨，得到粒径≤2mm的熔盐原料。3.如权利要求1所述的熔盐电化学剥离法制备二维层状WS2材料的方法，其特征在于，所述的熔盐体系为NaCl-CaCl2熔盐体系、LiCl-KCl熔盐体系、NaCl-KCl熔盐体系、NaCl-KCl-MgCl2熔盐体系、NaCl-KCl-ZnCl2熔盐体系中的一种；所述的NaCl-CaCl2熔盐体系中，按摩尔比，NaCl：CaCl2＝0.479：0.521；所述的LiCl-KCl熔盐体系中，按摩尔比，LiCl：KCl＝0.592：0.408；所...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹华意，张贝蕾，谢宏伟，赵海佳，宋秋实，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21