基于碳化钒与二硫化钼的非线性纳米杂化材料及制备方法技术

本发明专利技术涉及一种基于碳化钒与二硫化钼的非线性纳米杂化材料及制备方法，该材料由二硫化钼均匀生长在碳化钒表面构成。与现有技术相比，本发明专利技术中碳化钒和二硫化钨的异质结是通过使用两者之间的范德华力堆叠制备的；通过二者之间协同作用，增强杂化材料的三阶非线性系数；在本发明专利技术中，基于两者之间的相互作用力，二硫化钼纳米片均匀生长在具有三维互连网络微结构的碳化钒表面；而扫描电子显微镜光谱证明了异质结的表面形貌；两者的协同作用，使异质结在飞秒和纳秒的测试条件下都表现出了作为光学材料的出色潜力。光学材料的出色潜力。光学材料的出色潜力。

【技术实现步骤摘要】
基于碳化钒与二硫化钼的非线性纳米杂化材料及制备方法


[0001]本专利技术属于功能复合材料领域，尤其是涉及一种基于碳化钒与二硫化钼的非线性纳米杂化材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]新型三阶非线性光学材料的设计和合成非常受欢迎，这在包括光开关、光限幅、逻辑器件、图像传输和锁模激光系统等。反饱和吸收、饱和吸收、非线性散射和非线性折射是最常观察到的非线性光学行为。二维材料已被广泛研究。在2004石墨烯被发现以来，碳衍生物、金属氧化物、过渡金属二硫属化物、黑磷、金属碳化物和氮化物都得到了研究。然而，这些材料具有缺点。例如，石墨烯的带隙为零而没有固有带隙，而黑磷对空气和水很敏感，这些限制限制了它们在许多设备中的使用。

技术实现思路

[0003]碳化物(MXene)是通过选择性蚀刻母体材料碳化铝物(MAX)，其中M代表早期过渡金属(如钛、钒和钼)，A代表3或4种元素的主族，X是碳或氮。这种新出现的二维过渡金属碳化物、氮化物或氮碳化物具有优异的金属导电性、独特的表面性质和暴露的末端金属位点。因此，基于碳化物的异质结构不仅可以充分利用其特殊的多层结构，还可以与其他高性能材料产生协同效应。二硫化钼具有依赖于层的电子特性、结构多样性、稳定性好、成本低和易于制备等特点。
[0004]在此，碳化钒/二硫化钼异质结构是通过一种简单有效的方法合成的。通过使用范德华力堆叠不同类型的二维材料以形成垂直异质结来合成异质结构。这种方法不仅避免了晶格失配，而且还具有优异的性能，这导致二维材料异质结构在光电探测器、场效应晶体管、激光器和其他设备中的使用。
[0005]在本专利技术中，使用水热反应合成具有三维互连网络的碳化钒与二硫化钼异质结构。二硫化钼纳米片垂直生长在碳化钒表面。这些发现不仅为未来广泛的实际应用提供了对异质结构的深刻理解，而且为开发三阶非线性光学材料开辟新途径。
[0006]本专利技术的目的就是为了提供一种基于碳化钒与二硫化钼的非线性纳米杂化材料及其制备方法。本专利技术通过碳化钒与二硫化钼之间的相互作用，能明显改善纳米激光测试条件下的反饱和吸收性能，为制备多元化、应用范围更广的非线性及其他功能化材料提供了希望，具有良好的应用前景。
[0007]碳化钒和二硫化钨的异质结构是通过使用两者之间的范德华力堆叠制备的。通过二者之间增强的电子偶合和传输效应，增强杂化材料的三阶非线性系数。在本专利技术中，二硫化钼纳米片均匀生长在具有三维互连网络微结构的碳化钒，基于两者之间的相互作用力。而表面扫描电子显微镜光谱证明了异质结的形态。两者的协同作用，使异质结在飞秒和纳秒的测试条件下都表现出了作为光学材料的出色潜力。碳化钒与二硫化钼的异质结在飞秒激光测试下的非线性性能为反饱和吸收，而在纳秒激光测试条件下的非线性性能为饱和吸
收。能在飞秒和纳秒条件下，表现出不同的非线性性能。
[0008]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0009]本专利技术第一方面提供一种基于碳化钒与二硫化钼的非线性纳米杂化材料，该材料由二硫化钼均匀生长在碳化钒表面构成。
[0010]优选地，二硫化钼纳米片均匀地垂直生长在具有三维互连网络微结构的碳化钒表面，且二硫化钼纳米片插入碳化钒的层间空间以形成碳化钒与二硫化钼的异质结。
[0011]本专利技术第二方面提供了所述的基于碳化钒与二硫化钼的非线性纳米杂化材料的制备方法，包括以下步骤：
[0012](1)将碳化钒铝(V2AlC)在氟化氢溶液中进行刻蚀，得到碳化钒(V2C)，将碳化钒在四甲基氢氧化铵中剥离，得到(尺寸较小的)碳化钒纳米片；
[0013](2)将硫源和钼源溶解于去离子水中，搅拌(优选采用剧烈搅拌的方式)形成均相溶液后加入表面活性剂，加入碳化钒纳米片，分散均匀后高温水热合成，得到所述的基于碳化钒与二硫化钼的非线性纳米杂化材料。
[0014]本专利技术先将碳化钒铝在氟化氢溶液中刻蚀，然后在四甲基氢氧化铵中进行剥离。然后将合成二硫化钼的原料与制备得到的小尺寸的碳化钒纳米片混合均匀，进行高温水热反应制备得到基于碳化钒与二硫化钼的非线性纳米杂化材料。
[0015]步骤(1)中，氟化氢的质量分数、用量和反应时间，可以使得通过刻蚀反应所制备的碳化钒的(0002)晶面层间距变大，因为铝层的消失会使材料从MAX相转变为MXene相，MXene相在非线性光学性能上展现出很大的潜力。
[0016]优选地，步骤(1)中，刻蚀前，对氟化氢溶液进行除氧操作。进一步优选采用氮气鼓泡的方式进行除氧操作，氮气鼓泡的时间优选为20min。
[0017]优选地，步骤(1)中，氟化氢溶液的质量份数为40％；碳化钒铝与氟化氢溶液的比例为1g：5
‑
15mL；进一步优选碳化钒铝与氟化氢的比例为1g：20mL。
[0018]优选地，步骤(1)中，刻蚀反应温度为30
‑
40℃，刻蚀反应时间为72
‑
108h；进一步优选刻蚀反应温度为35℃，刻蚀反应时间为96h。
[0019]优选地，步骤(1)中，剥离在氮气环境下，于常温条件下进行。
[0020]优选地，步骤(1)中，四甲基氢氧化铵的用量与碳化钒铝的用量之比为5
‑
15mL：1g，进一步优选四甲基氢氧化铵的用量与碳化钒铝的用量之比为10mL：1g。
[0021]优选地，步骤(1)中，剥离反应时间为12
‑
36h，进一步优选剥离反应时间为24h。
[0022]本专利技术步骤(2)中，合适的水热反应温度和反应时间，会影响二硫化钼的晶化程度。因为在材料的在反应中会引入氧的缺陷位，使材料的(002)晶面间距变大。而其中原因还未被系统探索，氧的缺陷位的引入，对材料的非线性光学性能有改善作用。且在反应发生之前，所有组分必须保持均匀分散，能保证二硫化钼能均匀分散在碳化钒表面。
[0023]优选地，步骤(2)中，硫源采用硫脲，钼源采用四水合七钼酸铵，表面活性剂采用柠檬酸。
[0024]优选地，步骤(2)中，硫源、钼源、表面活性剂、碳化钒纳米片和去离子水的用量之比为30
‑
90mmol：1
‑
3mmol：1.5
‑
4.5mmol：1
‑
3g：18
‑
54mL，进一步优选硫源、钼源、表面活性剂、碳化钒纳米片和去离子水的用量之比为60mmol：2mmol：3mmol：2g：36mL。
[0025]优选地，步骤(2)中，水热温度为150
‑
210℃，水热时间为12
‑
24h；进一步优选水热
温度为180℃，水热时间为18h。
[0026]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0027](1)二硫化钼纳米片垂直生长在碳化钒表面，包裹在碳化钒表面。与普通的掺杂或者负载不同，两者之间的协同作用，能明显改善材料非线性性能。
[0028](2)碳化钒与二硫化钼的异质结在飞秒本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于碳化钒与二硫化钼的非线性纳米杂化材料，其特征在于，该材料由二硫化钼均匀生长在碳化钒表面构成。2.根据权利要求1所述的基于碳化钒与二硫化钼的非线性纳米杂化材料，其特征在于，二硫化钼纳米片均匀地垂直生长在具有三维互连网络微结构的碳化钒表面，且二硫化钼纳米片插入碳化钒的层间空间以形成碳化钒与二硫化钼的异质结。3.如权利要求1所述的基于碳化钒与二硫化钼的非线性纳米杂化材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将碳化钒铝在氟化氢溶液中进行刻蚀，得到碳化钒，将碳化钒在四甲基氢氧化铵中剥离，得到碳化钒纳米片；(2)将硫源和钼源溶解于去离子水中，搅拌形成均相溶液后加入表面活性剂，加入碳化钒纳米片，分散均匀后高温水热合成，得到所述的基于碳化钒与二硫化钼的非线性纳米杂化材料。4.根据权利要求3所述的基于碳化钒与二硫化钼的非线性纳米杂化材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，刻蚀前，对氟化氢溶液进行除氧操作。5.根据权利要求3所述的基于碳化钒与二硫化钼的非线性纳米杂化材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，氟化氢溶液的质量份数为40％；碳化钒铝与氟化氢溶液的比例为1g：15
‑
25mL；优选碳化钒铝与氟化氢的比例为1g：20mL。6.根据权利要求3所述的基于碳化钒与二硫化钼的非线性纳米杂化材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，刻蚀反应温度为30
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40℃，刻蚀反应时间为72
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108h；优选刻蚀反应温度为35℃，刻蚀反应时间为96h。7.根据权利要求3所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张弛，单娜滢，伏露露，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：