一种低共熔离子液体中电沉积制备MoS制造技术

一种低共熔离子液体中电沉积制备MoS

Preparation of MOS by electrodeposition in a low eutectic ionic liquid

【技术实现步骤摘要】
一种低共熔离子液体中电沉积制备MoS2薄膜材料的方法
本专利技术属于二硫化钼薄膜材料的制备
，具体涉及一种低共熔离子液体中电沉积制备MoS2薄膜材料的方法。
技术介绍
二硫化钼(MoS2)是具有一种抗磁性及半导体性质的硫属化合物材料，属六方晶系，类似于石墨的层状结构，其层内是很强的共价键，而层间则是较强的范德华力，层与层很容易剥离，具有良好的各向异性。二硫化钼等过渡金属二硫化物由于独特的性质使其在催化剂、润滑剂、高性能电池和光敏材料等方面具有广泛应用。纳米结构材料具有独特的围观结构和奇异的物理化学性质，目前已成为材料领域研究的热点之一。纳米结构的MoS2在许多性能上得到进一步提升，突出表现在以下几个方面：比表面积大、吸附能力强、反应活性高，其催化性能尤其是催化加氢脱硫的性能更强，可以用来制备特殊催化材料和和储氢材料，参见：Inorganicnanotubesandfullerene-likematerials,R.Tenne,NatureNanotech.,2006,1,103~111;纳米MoS2薄膜的能带差接近1.78eV，与光的能量相匹配，在光电池材料上有应用前景，参见：PhotoluminescencefromchemicallyexfoliatedMoS2，G.Eda,H.Ymaguchi,D.Voiry,etal,Nano.Lett.,2011,11,5111~5116;MoS2类石墨结构及层间弱的范德华力有利于锂的嵌入和脱出，不同形貌的MoS2如纳米管、纳米球等曾被用于锂离子电池研究，参见：ExfoliatedMoS2nanocompositeasananodematerialsforlithiumionbatteries,J.Xiao,D.Choi,L.Cosimbescu,etal,Chem.Mater.,2010,22,4522~4524;随着MoS2的粒径变小，它在摩擦材料表面的附着性与覆盖程度都明显提高，抗磨、减摩擦性能也得到成倍提高，参见：Two~dimensionalnanosheetsproducedbyliquidexfoliationoflayeredmaterials,J.N.Coleman,M.Lotya,A.O’Neill,etal,Science,2011,331,568~571。在空间技术、超高真空或汽车转动等液体润滑剂无法使用的环境下有着极大的科学重要性。纳米薄膜、纳米管、纳米晶等结构纳米材料的制备是实现这些材料优异性能的基础。迄今为止，人们在MoS2纳米材料的合成上进行了大量的研究，主要有高温固相反应，热分解法、高温气固反应、气相沉积法、水热法等，其中化学气相沉积法是制备MoS2薄膜的主要手段，但存在成膜温度高、沉积速率低、参加沉积的反应源和反应后的余气易燃、易爆或有毒、需防止环境污染等缺点，同时设备往往还要有耐腐蚀的要求。鉴于MoS2薄膜在光电池、锂电池、固体润滑剂和其他方面的潜在应用，MoS2薄膜材料日益受到人们的重视，如何快速、可控制备、成本低廉MoS2纳米薄膜成为制约其广泛应用的条件之一。
技术实现思路
本专利技术针对现有MoS2纳米材料的合成存在成膜温度高、沉积速率低、参加沉积的反应源和反应后的余气易燃、易爆或有毒、需防止环境污染等缺点，提供一种低共熔离子液体中电沉积制备MoS2薄膜材料的方法。本专利技术采用如下技术方案：一种低共熔离子液体中电沉积制备MoS2薄膜材料的方法，以四硫代钼酸铵为钼源和硫源，以低共熔离子液体为电解质，在紫铜、黄铜、不锈钢等基底上进行电沉积，具体包括如下步骤：一种低共熔离子液体中电沉积制备MoS2薄膜材料的方法，包括如下步骤：第一步，电解液的配制：按比例分别称量氯化胆碱与醇类或尿素，在真空干燥箱中70℃真空干燥3h后，混合均匀，再加入钼源和硫源，混合均匀，60~80℃条件下加热0.5~1h，形成透明液体，得到电解液；第二步，基底材料的处理：将1mm厚的紫铜、黄铜或不锈钢裁剪成1cm×3cm的条形，表面处理后，备用；第三步，取电解液于烧杯中，搅拌加热至70~75℃后，停止搅拌，将基底材料镀片夹在电解装置的工作电极上，插入电解液中1~1.5cm，打开工作电压，将电解电流控制在1~2mA/cm2，电解10~15min，关闭工作电源，将基底材料镀片用镊子取下，放入无水乙醇中浸泡5~10min后，取出用蒸馏水冲洗干净即可。第一步中所述醇类为碳原子小于等于四的多元醇。第一步中所述醇类包括乙二醇、丙二醇或丙三醇。第一步中所述氯化胆碱的摩尔数占氯化胆碱与醇类或尿素的总摩尔数的百分比为17%~33%。第一步中所述钼源和硫源包括浓度为0.005M的四硫代钼酸铵和0.5M的氯化铵。第一步中所述钼源和硫源还可以为浓度为5mM的Na2MoO4和过量的Na2S，pH值用盐酸调到8.0。本专利技术的有益效果如下：本专利技术的制备方法简单快速、薄膜便于控制，为尤其在固体润滑材料、光电池、锂电池和其他方面的广泛应用提供了可能。1.本专利技术的薄膜的厚度可以通过调节电沉积时间来进行调节，时间越久，电沉积膜越厚。2.只要是导电基体即可进行电沉积制备。3.低共熔溶剂(DES)是一类由氢键供体和氢键受体通过氢键作用而形成的一类独特的多组分溶剂体系，具有熔点低、无毒性、溶解性能好、导电性优良、电化学窗口宽、合成简单等物理化学性能，在生物催化、有机合成、溶解和萃取、材料化学和电化学等领域得到广泛的应用。特别是在电沉积方面，低共熔溶剂兼有水溶液和高温熔盐的优点，不仅可电沉积出水溶液中可电沉积的金属及合金，还可电沉积出水溶液无法沉积的活泼金属，且无析氢等副反应，显著提高电流效率并降低能耗，为环保型电镀体系的选取和优化提供了新的途径。但是低共熔离子液体中硫化物的制备还未见报道过。4.相对于其他电解质体系，低共熔离子液体制备上很容易，只需将氯化胆碱和醇类物质或者尿素在一定温度下进行混合即可合成，低共熔溶剂价格低廉且环境友好，氯化胆碱俗称甜菜碱，是甜菜中的提取物。低碳醇一般是低毒甚至无毒，丙三醇俗称甘油，多用于化妆品中，尿素也是低毒物质。5.本申请的低共熔离子液体主要包括氯化胆碱和低碳醇类物质或者按一定比例混合形成的物质，低碳醇主要包括乙二醇、丙二醇、丙三醇等碳原子小于等于四的多元醇。6.低共熔离子液体黏度相对比较低，一般在60℃以内就有很低的黏度，电导率可以达到50mS/cm以上，电化学窗口在3~4V，远大于水溶液的电化学稳定区间，非常适合作为电解液进行电化学反应。7.电沉积制备原理：四硫代钼酸根离子可以在~1.2~~1.0VvsAg/AgCl条件下实现阴极电化学还原：因此在制备过程中是需要水的参与的，所以低共熔离子液体中前驱体的结晶水是不用去除的，但水的量又不能太大，太大阴极上还原的是氢离子，而不是四硫代钼酸根离子。还原的原理同下：Mo源和S源直接用四硫代钼酸铵，或者用5mM的Na2MoO4和过量的Na2S，p本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低共熔离子液体中电沉积制备MoS

【技术特征摘要】
1.一种低共熔离子液体中电沉积制备MoS2薄膜材料的方法，其特征在于：包括如下步骤：
第一步，电解液的配制：按比例分别称量氯化胆碱与醇类或尿素，在真空干燥箱中70℃真空干燥3h后，混合均匀，再加入钼源和硫源，混合均匀，60~80℃条件下加热0.5~1h，形成透明液体，得到电解液；
第二步，基底材料的处理：将1mm厚的紫铜、黄铜或不锈钢裁剪成1cm×3cm的条形，表面处理后，备用；
第三步，取电解液于烧杯中，搅拌加热至70~75℃后，停止搅拌，将基底材料镀片夹在电解装置的工作电极上，插入电解液中1~1.5cm，打开工作电压，将电解电流控制在1~2mA/cm2，电解10~15min，关闭工作电源，将基底材料镀片用镊子取下，放入无水乙醇中浸泡5~10min后，取出用蒸馏水冲洗干净即可。


2.根据权利要求1所述的一种低共熔离子液体中电沉积制备MoS2薄膜材料的方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：李作鹏，杨肖萌，秦君，郭永，冯锋，
申请(专利权)人：山西大同大学，
类型：发明
国别省市：山西;14