一种二硫化钼纳米片材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种二硫化钼纳米片材料的制备方法，采用电化学方法制备，以惰性过渡金属为电极，外接电路装置定时控制阴阳极定向反应时间及电极转换时间间隔，采用电解质作为介质将二硫化钼配制成反应浆料，通过控制电解质阳离子反复插层‑脱插反应及离心、干燥等后处理步骤得到二硫化钼纳米片材料。发明专利技术制得的二硫化钼纳米片材料多数为单层二硫化钼二维材料，属于直接带隙的纳米材料，可以作为荧光材料，也可以推广应用在发光器件、光电转换、储能、催化等领域。该方法是一种环保、节能，易于实现智能化控制的纳米材料制备方法。

A preparation method of molybdenum disulfide nano sheet material

【技术实现步骤摘要】
一种二硫化钼纳米片材料的制备方法
本专利技术属于二硫化钼制备
，具体涉及一种二硫化钼纳米片材料的制备方法。
技术介绍
二硫化钼属于过渡金属二硫族化合物(TransitionMetalDichalcogenides，TMDs)中的一种。金属钼原子与硫原子间通过共价键连接，形成类“三明治”的夹层，层与层间通过vanderWaals力连接。这种结构使层与层像石墨一样容易滑动。二硫化钼是半导体，有一定的能级间隙，且能级间隙随着层数减少而增加。极少层或单层二硫化钼则从间接带隙变为直接带隙半导体，是一种具有良好的物理和化学特性的二维材料。近年来，单层及少层二硫化钼纳米片材料作为发光器件、光电转换、储能、催化等领域的应用都受到了研究者的广泛关注。但现有二硫化钼纳米片的制备方法通常工艺复杂、制备过程不环保、质量不可控，因而极大阻碍了二硫化钼纳米片材料的大规模化生产和应用。因此，有必要提供一种制备工艺简单、制备过程绿色可控的二硫化钼纳米片材料的制备方法。CN104310482A提出一种超声辅助化学插层制备二硫化钼纳米片的方法，该方法采用正丁基锂作为插层剂，制备环境要求无氧无水，且锂离子难以完全清洗干净，容易残留在产物中成为杂质，导致产物不纯而影响应用。CN104495935A通过在含有氧化剂的混合溶剂中搅拌或超声处理，将体相二硫化钼材料剥离成二硫化钼纳米片。该方法所用的氧化剂为双氧水、高锰酸钾、重铬酸钾、过硫酸铵等，所用溶剂为有机溶剂，该方法存在制备过程不环保、产物不纯的问题。CN106086919A采用硫酸盐为电解质，通过电化学的方法制备二硫化钼纳米材料，但该方法是通过将二硫化钼与一定比例的Ni、Cu、Fe、Co、Ag等金属干压成型制成复合材料作为阳极，以金属或石墨作为阴极。该方法会在产物中引入含量不可控的金属离子，无法完全除去，将导致产物不纯并影响应用。CN106563130A将自蛋白和二硫化钼粉末加入到水中，通过超声破碎的方式分离得到二硫化钼纳米片，但该方法所得产物质量不均一、产量小，难以实现可控量产。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术缺陷，提供一种二硫化钼纳米片材料的制备方法。本专利技术的技术方案如下：一种二硫化钼纳米片材料的制备方法，包括如下步骤：(1)将二硫化钼粉末与适量亲水性表面活性剂混合均匀，再加入适量浓度不低于0.01mol/L的电解质溶液，配制成电化学反应母材料浆液；上述电解质溶液中的电解质为硫酸盐、硫酸氢盐、碳酸盐、磷酸盐、硝酸盐、硼酸盐、草酸盐、溴化铵盐、氯化铵盐、氟化铵盐和碘化铵盐中的至少一种，其溶剂为去离子水；(2)将上述电化学反应母材料浆液置于电化学反应装置中进行电化学插层反应，该电化学反应装置采用1-100V的稳压直流电源作为电化学电解工作电源，具有一阳极室和一阴极室，该阳极室和阴极室通过一均相阳离子交换隔膜隔开，上述电化学反应母材料浆液置于上述阴极室中，上述阳极室中盛装上述电解质溶液，电化学电解工作电源的阴极插入上述电化学反应母材料浆液中，阳极插入上述电解质溶液中，且阳极和阴极的间距为0.1-20cm，阳极和阴极的材质均为惰性金属；该电化学插层反应中，反应温度为1-90℃，负载输出电流为0.01-50.0A，总反应时间为1-48h，正向反应时间为30-60s，反向反应时间为20-40s；(3)将经电化学插层反应的阴极室中的物料与亲水性表面活性剂混合，重新超声分散于去离子水中，再于1000-20000rpm离心处理，获得浓缩液；(4)将上述浓缩液经充分干燥，即得所述二硫化钼纳米片材料。在本专利技术的一个优选实施方案中，所述电解质为碳酸氢铵、硫酸氢铵、四丁基硫酸氢铵、四乙基硫酸氢铵、十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基三甲基溴化铵、四丁基溴化铵和四乙基溴化铵中的至少一种。在本专利技术的一个优选实施方案中，所述阳极为铂板、锌板、铜板，铅板、镍板、钛板、钨板或钼板，或为铜合金、钛合金、铅合金、钨合金或钼合金板。进一步优选的，所述阳极具有单面或双面的金属氧化物涂层。在本专利技术的一个优选实施方案中，所述阴极为铂板、锌板、铜板，铅板、镍板、钛板、钨板或钼板，或为铜合金、钛合金、铅合金、钨合金或钼合金板。进一步优选的，所述阴极具有单面或双面的金属氧化物涂层。在本专利技术的一个优选实施方案中，所述亲水性表面活性剂为聚乙烯吡咯烷酮或黄原胶。在本专利技术的一个优选实施方案中，所述干燥为真空干燥、真空冷冻干燥或喷雾干燥。本专利技术的有益效果是：1、本专利技术可以在常压和温和的温度条件下，使用硫酸盐、硫酸氢盐、碳酸盐、磷酸盐、硝酸盐、硼酸盐、草酸盐、溴化铵盐、氯化铵盐、氟化铵盐或碘化铵盐溶液即可将二硫化钼块状材料剥离成二维材料。特别优选用含有有机基团的硫酸铵盐、硫酸氢盐或含有有机基团的卤化铵盐作为电解质，不仅可以有效促进层状材料的插层与剥离，还可以减少片层纳米材料缺陷的产生，提高片层产物质量。2、本专利技术在电化学反应过程中引入定时自动控制插层-脱插双向反应的方法，可改善插层效果并提高剥离效率，所制备的少层二硫化钼纳米片材料缺陷少，制作过程简单快速，便于工业化生产。3、本专利技术制得的二硫化钼纳米片材料多数为单层二硫化钼二维材料，属于直接带隙的纳米材料，可以作为荧光材料，也可以推广应用在发光器件、光电转换、储能、催化等领域。该方法是一种环保、节能，易于实现智能化控制的纳米材料制备方法。附图说明图1为本专利技术制备过程中电化学插层-脱插反应示意图。图2为本专利技术实施例1中制备的少层二硫化钼纳米片的透射电子显微镜照片。图3为本专利技术实施例1中制备的少层二硫化钼纳米片选取电子衍射图照片。图4为本专利技术实施例3制备的少层二硫化钼纳米片的紫外-可见光吸收光谱图。具体实施方式以下通过具体实施方式结合附图对本专利技术的技术方案进行进一步的说明和描述。下述实施例中具体均采用如下方法制备：(1)将二硫化钼粉末与适量亲水性表面活性剂混合均匀，再加入适量浓度不低于0.01mol/L的电解质溶液，配制成电化学反应母材料浆液；上述电解质溶液中的电解质为硫酸盐、硫酸氢盐、碳酸盐、磷酸盐、硝酸盐、硼酸盐、草酸盐、溴化铵盐、氯化铵盐、氟化铵盐和碘化铵盐中的至少一种，其溶剂为去离子水；(2)将上述电化学反应母材料浆液置于电化学反应装置中进行电化学插层反应，如图1所示，该电化学反应装置采用1-100V的稳压直流电源作为电化学电解工作电源，具有一阳极室和一阴极室，该阳极室和阴极室通过一均相阳离子交换隔膜隔开，上述电化学反应母材料浆液置于上述阴极室中，上述阳极室中盛装上述电解质溶液，电化学电解工作电源的阴极插入上述电化学反应母材料浆液中，阳极插入上述电解质溶液中，且阳极和阴极的间距为0.1-20cm，阳极和阴极的材质均为惰性金属；该电化学插层反应中，反应温度为1-90℃，负载输出电流为0.01-50.0A，总反应时间为1-4本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种二硫化钼纳米片材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：/n(1)将二硫化钼粉末与适量亲水性表面活性剂混合均匀，再加入适量浓度不低于0.01mol/L的电解质溶液，配制成电化学反应母材料浆液；上述电解质溶液中的电解质为硫酸盐、硫酸氢盐、碳酸盐、磷酸盐、硝酸盐、硼酸盐、草酸盐、溴化铵盐、氯化铵盐、氟化铵盐和碘化铵盐中的至少一种，其溶剂为去离子水；/n(2)将上述电化学反应母材料浆液置于电化学反应装置中进行电化学插层反应，该电化学反应装置采用1-100V的稳压直流电源作为电化学电解工作电源，具有一阳极室和一阴极室，该阳极室和阴极室通过一均相阳离子交换隔膜隔开，/n上述电化学反应母材料浆液置于上述阴极室中，上述阳极室中盛装上述电解质溶液，电化学电解工作电源的阴极插入上述电化学反应母材料浆液中，阳极插入上述电解质溶液中，且阳极和阴极的间距为0.1-20cm，阳极和阴极的材质均为惰性金属；/n该电化学插层反应中，反应温度为1-90℃，负载输出电流为0.01-50.0A，总反应时间为1-48h，正向反应时间为30-60s，反向反应时间为20-40s；/n(3)将经电化学插层反应的阴极室中的物料与亲水性表面活性剂混合，重新超声分散于去离子水中，再于1000-20000rpm离心处理，获得浓缩液；/n(4)将上述浓缩液经充分干燥，即得所述二硫化钼纳米片材料。/n...

【技术特征摘要】
1.一种二硫化钼纳米片材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)将二硫化钼粉末与适量亲水性表面活性剂混合均匀，再加入适量浓度不低于0.01mol/L的电解质溶液，配制成电化学反应母材料浆液；上述电解质溶液中的电解质为硫酸盐、硫酸氢盐、碳酸盐、磷酸盐、硝酸盐、硼酸盐、草酸盐、溴化铵盐、氯化铵盐、氟化铵盐和碘化铵盐中的至少一种，其溶剂为去离子水；
(2)将上述电化学反应母材料浆液置于电化学反应装置中进行电化学插层反应，该电化学反应装置采用1-100V的稳压直流电源作为电化学电解工作电源，具有一阳极室和一阴极室，该阳极室和阴极室通过一均相阳离子交换隔膜隔开，
上述电化学反应母材料浆液置于上述阴极室中，上述阳极室中盛装上述电解质溶液，电化学电解工作电源的阴极插入上述电化学反应母材料浆液中，阳极插入上述电解质溶液中，且阳极和阴极的间距为0.1-20cm，阳极和阴极的材质均为惰性金属；
该电化学插层反应中，反应温度为1-90℃，负载输出电流为0.01-50.0A，总反应时间为1-48h，正向反应时间为30-60s，反向反应时间为20-40s；
(3)将经电化学插层反应的阴极室中的物料与亲水性表面活性剂混合，重新超声分散于去离子水中，再于1000-2000...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈宜波，郑艾龙，黄丽枚，黄志民，
申请(专利权)人：厦门虹鹭钨钼工业有限公司，
类型：发明
国别省市：福建;35