石墨烯模板诱导纳米二硫化钼生长的制备方法

摘要

本发明公开了一种石墨烯模板诱导纳米二硫化钼生长的制备方法，其特征是：首先将石墨烯及反应原料加入反应器中反应一段时间后超声处理，然后升温继续反应一段时间后，将产物离心，所得沉淀物取出、洗涤，然后置于石英管中在氢气或惰性气体环境下800～900℃高温煅烧即得。本发明的方法高效、操作工艺温和，可获得单层或少层二硫化钼纳米片，在催化、摩擦学及光电器件等领域有广阔的应用前景。

说明书

技术领域

本发明涉及纳米材料领域，具体的说是一种石墨烯模板诱导纳米二硫化钼生长的制备方法。

背景技术

二硫化钼是一种典型的六方晶系层状材料，在化学催化、摩擦学及光电器件等领域均有着非常广阔的用途。近年来，随着纳米技术的不断发展，许多不同形貌的纳米二硫化钼均被研制出来，其中最典型的纳米二硫化钼形貌为纳米球和纳米片。和二硫化钼纳米球相比，二硫化钼纳米片具有较大尺寸的表面，能形成较多的催化中心并能吸附在摩擦界面，因而在催化与润滑等方面均显示了其独特的优势。

目前二硫化钼纳米片的制备方法主要包括微机械剥离法、水/溶剂热合成法、锂离子插层剥离法、化学气相沉积法等。微机械剥离主要是依靠特殊胶带等的粘结作用反复剥离二硫化钼片层结构，这种方法可以得到少层二硫化钼纳米片，但存在效率较低的问题。水/溶剂热合成法是将反应原料置于水或有机溶剂中在高温高压条件直接合成，这种方法往往不需要二次脱硫处理，但反应条件较为苛刻，制备成本较高。锂离子插层剥离法是利用正丁基锂在有机溶液中对微米级别二硫化钼插层，然后在水中剥层，利用反应产生的氢气将层剥开，该法所用的正丁基锂属于易燃物质，操作不易，且生成的单层二硫化钼很快就重新堆积，难以获得较大面积的二硫化钼纳米片；尽管也有通过化学气相沉积在不同的基底上生长单层或少层二硫化钼薄膜的报道(Li C,Liu Y,Su L,et al.Scientific Reports,2013,3:1866[J])，但存在基体的去除仍然较为复杂等问题。由此可见，现有的这些方法既有各自的优点，也有许多不足之处，有必要提供一种单层或少层二硫化钼纳米片新的制备方法。

发明内容

本发明针对现有制备方法的不足，目的就是要提供一种石墨烯模板诱导纳米二硫化钼生长的制备方法，以促进二硫化钼纳米片的应用。

本发明通过以下工艺过程来实现：

一种石墨烯模板诱导纳米二硫化钼生长的制备方法，其特征在于：以质量份计，包括以下步骤：

步骤(1)、将0.0001～0.0003份石墨烯、0.1～0.3份柠檬酸、1～20份钼酸钠、0.2～5份硫化钠依次加入反应溶剂中，调pH至3～5，在温度60～80℃下，搅拌反应20～40min；

步骤(2)、将步骤(1)得到的反应体系超声20～30min，调pH至6～7，升温至90～100℃， 搅拌反应1～2h；将溶液离心，得到黑色沉淀物，洗净、烘干，得前驱物；

步骤(3)将步骤(2)所得前驱物置于石英管中在氢气或惰性气体环境下800～900℃高温煅烧2～4h即得纳米二硫化钼；

所述的石墨烯为比表面积2600～2800m²/g的单层石墨烯；

所述的纳米二硫化钼为单层或层数少于5层的二硫化钼纳米片；

所述的反应溶剂为水和1,2-丙二醇质量比为4:1的混合溶剂；

所述的离心为离心速度10000～15000rpm，离心时间5～20min；

所述的洗净、烘干为去离子水冲洗3～5次，在50～60℃下真空干燥10h；

所述的惰性气体为氮气或氩气。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明的方法制备工艺条件温和、成本较低。本发明的方法无需高温高压等苛刻条件，因此易于实现，可降低制备成本。

2、本发明的方法效率高。可以按比例进行规模化放大，因此，二硫化钼纳米片制备的效率很高。

3、本发明的方法可以得到较大比表面的单层或少层二硫化钼纳米片。通过石墨烯的模板效应，二硫化钼纳米片可得到良好的可控生长。

4、本发明所用的石墨烯模板易于分离。本发明可通过离心与前驱物分离，不会破坏终产物结构。

附图说明

图1为本发明所得纳米二硫化钼的透射电镜图片。产物为典型的少层纳米片结构。

图2为本发明所得纳米二硫化钼的X射线衍射图谱。特征峰位与标准衍射图(PDF No.37-1492)吻合，表明产物确实是纳米二硫化钼。

具体实施方式

为更好的理解本发明，通过以下具体实施例说明本发明，并不限制本发明的保护范围；以下所用的石墨烯为比表面积2600～2800m²/g的单层石墨烯；反应溶剂为水和1,2-丙二醇质量比为4:1的混合溶剂；以下均以质量份计。

实施例1：

(1)将0.0001份石墨烯、0.15份柠檬酸、2份钼酸钠、0.3份硫化钠依次加入反应溶剂中，调pH至3.5，在温度60℃下，搅拌反应40min；

(2)将步骤(1)得到的反应体系超声20min，调pH至6，升温至95℃，搅拌反应1h；将溶液在11000rpm，离心16min，得到黑色沉淀物，去离子水冲洗3次，在55℃下真空干燥10h，得前驱物；

(3)将步骤(2)所得前驱物置于石英管中在氢气环境下860℃高温煅烧2.2h即得单层及少层二硫化钼纳米片，以少层二硫化钼纳米片为主。

实施例2：

(1)将0.0002份石墨烯、0.2份柠檬酸、10份钼酸钠、3份硫化钠依次加入反应溶剂中，调pH至3，在温度70℃下，搅拌反应30min；

(2)将步骤(1)得到的反应体系超声20min，调pH至6.5，升温至98℃，搅拌反应1h；将溶液在12000rpm，离心18min，得到黑色沉淀物，去离子水冲洗4次，在52℃下真空干燥10h，得前驱物；

(3)将步骤(2)所得前驱物置于石英管中在氮气环境下880℃高温煅烧2h即得单层及少层二硫化钼纳米片，以少层二硫化钼纳米片为主。

实施例3：

(1)将0.0003份石墨烯、0.3份柠檬酸、15份钼酸钠、4份硫化钠依次加入反应溶剂中，调pH至4.5，在温度80℃下，搅拌反应30min；

(2)将步骤(1)得到的反应体系超声30min，调pH至6.8，升温至99℃，搅拌反应1.2h；将溶液在14000rpm，离心10min，得到黑色沉淀物，去离子水冲洗5次，在60℃下真空干燥10h，得前驱物；

(3)将步骤(2)所得前驱物置于石英管中在氩气环境下900℃高温煅烧3h即得单层及少层二硫化钼纳米片，以单层二硫化钼纳米片为主。