一种二硫化锡-黑磷复合材料、制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种二硫化锡‑黑磷复合材料、制备方法及其应用，属于材料制备领域。一种二硫化锡‑黑磷复合材料的制备方法，包括以下步骤：1)将黑磷纳米片分散在无水乙醇内，并依次加入五水四氯化锡和半胱氨酸，得到前驱体溶液；2)将前驱体转移至聚四氟乙烯反应釜后，进行溶剂热反应，将得到的反应产物经离心清洗、干燥后得到二硫化锡‑黑磷复合材料。本发明专利技术的制备方法制备得到的二硫化锡‑黑磷复合材料，形貌均匀，性能稳定。发明专利技术的二硫化锡‑黑磷复合材料作为气敏材料在NO

A tin black phosphorus disulfide composite material, preparation method and Application

【技术实现步骤摘要】
一种二硫化锡-黑磷复合材料、制备方法及其应用
本专利技术属于材料制备领域，尤其是一种二硫化锡-黑磷复合材料、制备方法及其应用。
技术介绍
近年来，大气环境污染问题日益严峻，已经引起了国际上的广泛关注。科技与工业的快速发展过程伴随有害气体的大量排放，对大气环境造成了极为严重的不利影响，已经逐渐威胁到了人类的生存环境。NO2是工业废气和汽车尾气中含量较高的一种有害气体。为了改善大气环境，控制有害气体的排放，首先要实现对NO2的排放的实时监测，这对于调控气体排放是至关重要的。基于此，开发对于NO2气体能够快速响应的气体传感器势在必行。目前，常用的气体传感器所用的气敏材料多为半导体金属氧化物，但是其最佳工作温度均高于150℃，在室温下的气敏特性较差，且对于低浓度的NO2响应较差甚至没有响应，电阻较高且稳定性较差。鉴于此，开发研究室温下可用的、能够对低浓度NO2气体快速响应的气敏材料是极其必要的。中国专利技术专利CN107192743A公开了一种花状分等级结构二硫化锡-二氧化锡纳米复合气敏材料的制备方法，该材料虽然能够在对NO2气体产生明显响应，但是其工作温度为100℃，限制了其实际应用。专利技术专利CN105651814A公开了一种纳米硫化锡基气体传感器及其制备方法，所制备的气体传感器可用于氨气的检测，虽然能够对氨气产生明显响应，但是可检测最低浓度为200ppm，无法对更低浓度的氨气进行检测，限制了其实际应用。可见，纳米二硫化锡在气体传感领域已经展现出其潜在的应用特性，但是其实际性能亟待提高以满足市场和实际大规模应用的需要。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服二硫化锡应用于气体传感器工作温度过高及无法实现对ppb级别气体的检测的缺点，提供一种二硫化锡-黑磷复合材料、制备方法及其应用。为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：一种二硫化锡-黑磷复合材料的制备方法，包括以下步骤：1)配制前驱体溶液将黑磷纳米片分散在无水乙醇中，并将五水四氯化锡和半胱氨酸溶于无水乙醇中，得到前驱体溶液；2)进行溶剂热反应将前驱体溶液倒入聚四氟乙烯反应釜中进行溶剂热反应，反应完成后，将反应产物经离心清洗、干燥后，得到二硫化锡-黑磷复合材料；溶剂热反应的条件为：温度为160～200℃，反应时间为14～18h。进一步的，在步骤1)中，每10～40mL的无水乙醇中，添加180～590mg五水四氯化锡，120～390mg半胱氨酸和30～90mg的黑磷纳米片。进一步的，步骤1)中黑磷纳米片的厚度为4-8nm；二维尺寸为(2.8～3.2)×(1.5～2.6)μm。进一步的，步骤1)中的黑磷纳米片由以下方法制备得到，制备方法包括以下步骤：1-1)使用带两相电解槽的电化学工作站，将铂丝作为对电极、块体黑磷作为工作电极，含四甲基四氟硼酸铵的二甲亚砜溶液作为电解液，通电进行剥离，直至块体黑磷膨胀变为海绵状；1-2)将剥离后得到的海绵状黑磷进行超声分散；1-3)将分散后的产物经离心清洗、干燥后得到黑磷纳米片。进一步的，步骤1-1)中，两电极之间的电压为-10～-25V，剥离时间为10～30min。进一步的，步骤1-1)中，在电解液中，每30-50mL二甲亚砜中对应100-300mg的四甲基四氟硼酸铵。进一步的，步骤1-2)中分散条件为：使用细胞破碎机进行超声分散，设定时长为5～10min，功率210～270W，工作3～5s、停歇3～5s交替进行。本专利技术的制备方法制备得到二硫化锡-黑磷复合材料。本专利技术的二硫化锡-黑磷复合材料作为气敏材料在NO2气体传感器中的应用。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术的一种二硫化锡-黑磷复合材料的制备方法，以黑磷纳米片、五水四氯化锡和半胱氨酸为原料，以无水乙醇为反应介质，通过溶剂热法将二硫化锡纳米片均匀地复合在黑磷纳米片表面，将反应产物经清洗干燥后得到二硫化锡-黑磷复合材料，该制备方法简单、可重复性强。进一步的，黑磷纳米片的厚度为4-8nm；二维尺寸为(2.8～3.2)×(1.5～2.6)μm，大的二维尺寸有利于二硫化锡的生长和分散性，进而有利于气敏特性。进一步的，采用电化学剥离法制备步骤1)中的黑磷纳米片，较之常见的液相剥离法所得的尺寸低于1μm的黑磷纳米片而言，该方法所获得黑磷纳米片尺寸更大，具有更高的效率和产率，有利于降低生产成本，实现大规模生产应用。本专利技术的制备方法制备得到的二硫化锡-黑磷复合材料，结构稳定；二硫化锡与黑磷之间的结合稳定，能有效隔绝黑磷与氧气的直接接触，降低了黑磷的衰退，进而提高复合材料的结构稳定性和性能稳定性。本专利技术的二硫化锡-黑磷复合材料作为气敏材料在NO2气体传感器中的应用，能够在室温下对浓度低至100ppb的NO2具有快速响应和良好的选择性，在气体传感领域具有很大的应用前景。附图说明图1为实施例1中的黑磷纳米片微观形貌表征图，其中，图1(a)为黑磷纳米片的SEM图，图1(b)为黑磷纳米片的TEM图，图1(c)为黑磷纳米片的AFM图；图2为实施例1的SnS2/BP的SEM图；图3为实施例1中的SnS2/BP微观形貌表征图，其中，图3(a)为SnS2/BP的TEM图，图3(b)为SnS2/BP的HRTEM图，图3(c)为SnS2/BP的选区电子衍射图，图3(d)为SnS2/BP上的P元素分布图，图3(e)为SnS2/BP上的Sn元素分布图，图3(f)为SnS2/BP上的S元素分布图；图4为实施例1的SnS2/BP的XRD；图5为实施例1的SnS2，BP和SnS2/BP的拉曼图谱；图6为实施例1的SnS2/BP的XPS图，其中，图6(a)为SnS2/BP的XPS全图谱，图6(b-d)为SnS2/BP的各元素分峰拟合图谱；图7为实施例1中的材料的气敏特性，其中，图7(a)为SnS2/BP的变温电阻曲线，图7(b)为SnS2/BP的变浓度电阻曲线，图7(c)为BP的变浓度电阻曲线；图7(d)为SnS2的变浓度电阻曲线。其中，BP为黑磷纳米片；SnS2/BP为二硫化锡-黑磷复合材料。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本专利技术保护的范围。需要说明的是，本专利技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本专利技术的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种二硫化锡-黑磷复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n1)配制前驱体溶液/n将黑磷纳米片分散在无水乙醇中，并将五水四氯化锡和半胱氨酸溶于无水乙醇中，得到前驱体溶液；/n2)进行溶剂热反应/n将前驱体溶液倒入聚四氟乙烯反应釜中进行溶剂热反应，反应完成后，将反应产物进行离心清洗、干燥，得到二硫化锡-黑磷复合材料；/n溶剂热反应的条件为：温度为160～200℃，反应时间为14～18h。/n

【技术特征摘要】
1.一种二硫化锡-黑磷复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)配制前驱体溶液
将黑磷纳米片分散在无水乙醇中，并将五水四氯化锡和半胱氨酸溶于无水乙醇中，得到前驱体溶液；
2)进行溶剂热反应
将前驱体溶液倒入聚四氟乙烯反应釜中进行溶剂热反应，反应完成后，将反应产物进行离心清洗、干燥，得到二硫化锡-黑磷复合材料；
溶剂热反应的条件为：温度为160～200℃，反应时间为14～18h。


2.根据权利要求1所述的二硫化锡-黑磷复合材料的制备方法，其特征在于，步骤1)中，每10～40mL的无水乙醇中，添加180～590mg五水四氯化锡，120～390mg半胱氨酸和30～90mg的黑磷纳米片。


3.根据权利要求1所述的二硫化锡-黑磷复合材料的制备方法，其特征在于，步骤1)中黑磷纳米片的厚度为4-8nm；二维尺寸为(2.8～3.2)×(1.5～2.6)μm。


4.根据权利要求1所述的二硫化锡-黑磷复合材料的制备方法，其特征在于，步骤1)中的黑磷纳米片由以下方法制备得到，制备方法包括以下步骤：
1-1)使用带两相电解槽的电化学工作站，将铂丝...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴正飞，梁婷婷，张旭，张鹏飞，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61