一种共沉积制备类石墨烯花状二硫化钼材料的方法与流程

本发明涉及一种类石墨烯二硫化钼的制备方法。

背景技术：

石墨烯具有优异的光电性能，吸引了广泛关注，但该材料为零带隙材料，缺少能带隙，限制了其在光电器件等方面的应用。过渡金属二元化合物(MX₂)不仅具有与石墨烯相似的层状结构，并且在润滑、催化、光电器件等方面拥有独特的性能，成为了国内外研究热点。二硫化钼(MoS₂)作为一种典型的过渡金属二元化合物，具有类石墨烯结构，层内Mo与S原子之间构成共价键，结构稳定，单层MoS₂的厚度为0.65nm。而且类石墨烯MoS₂具有一定的带隙能(1.2～1.9eV)，有光电器件应用的可行性。另外MoS₂作为过渡金属层状化合物还具有优异的催化、润滑性能，因此成为备受瞩目的新材料。

目前，MoS₂的制备方法主要有高温硫化法、水热法、溶液法和机械球磨法。高温硫化法的研究相对成熟，其优点在于能制备出结晶状态好，晶格畸变小，并且可以在不同的工艺参数条件下制得不同形貌和结构的纳米MoS₂材料。但是由于此方法属于气固反应，MoO₃很难进行有效的分散，因此不适合制备对分散性要求较高的MoS₂催化剂。水热法制备纳米MoS₂，方法简单易于实现，但是此方法制备的产物在较低温度下多为无定型状态并且团聚严重，要经过高温退火来提高结晶度。溶液法利用化学反应即可直接制备MoS₂，不需高温高压，制备成本也相对较低，但是此方法制备的MoS₂往往都是无定型态，团聚严重，结晶度差，对其进行处理后又会影响到原来的结构和形貌。机械球磨法制备所得产物仍保持着MoS₂的天然晶格，方法简单，但是需要高纯MoS₂为原料，且设备昂贵、能耗成本较高。

技术实现要素：

本发明是要提供一种共沉积制备类石墨烯花状二硫化钼材料的方法，采用含钼和硫元素的原料通过熔盐共沉积的方法恒电流电解一步制备，不仅工艺简单，而且制备的材料成本低廉。

本发明的共沉积制备类石墨烯花状二硫化钼材料的方法，按以下步骤进行：

一、按LiCl、KCl、KSCN、(NH₄)₂MoO₄的质量比为(44～45)：(44～45)：4：3把LiCl、KCl、KSCN、(NH₄)₂MoO₄加入电解炉的电解槽中，加热熔融，得到LiCl-KCl-KSCN-(NH₄)₂MoO₄电解质体系；

二、以金属钼为工作电极，石墨为辅助电极，银/氯化银(1wt.％)为参比电极，在电解温度为450～550℃、电流为3.0～6.0Acm^-2的条件下电解1～2小时，将电解槽内的物质降至常温，将固相物过滤出来，洗涤、烘干，得到类石墨烯花状二硫化钼材料。

其中步骤一中的氯化锂、氯化钾在200～250℃的条件下干燥6～12小时进行预处理。

本发明提供一种工艺简单，生产成本低的类石墨烯花状二硫化钼材料制备方法。本发明的特点在于：(1)本发明采用熔盐共沉积的方法恒电流电解，电解质体系中的硫元素与钼元素在金属钼电极的诱导下，生成类石墨烯花状二硫化钼材料。因此使生产流程大大缩短，工艺简单；(2)本发明的电解温度450～550℃，电流为3.0～6.0Acm^-2，对设备要求低，节省能源，降低生产成本。(3)得到的MoS₂呈现花瓣状形貌，结晶状态好，晶格畸变小，分散性好，可用作催化剂、润滑剂及制备光电器件。

附图说明

图1是试验1制备的类石墨烯花状二硫化钼材料的低倍率扫描电镜照片；

图2是试验1制备的类石墨烯花状二硫化钼材料EDS能谱图；

图3是试验1制备的类石墨烯花状二硫化钼材料的高倍率扫描电镜照片；

图4是试验1制备的类石墨烯花状二硫化钼材料的XRD谱图。

图5是试验2制备的类石墨烯花状二硫化钼材料的高倍率扫描电镜照片。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式的共沉积制备类石墨烯花状二硫化钼材料的方法，按以下步骤进行：

一、按LiCl、KCl、KSCN、(NH₄)₂MoO₄的质量比为(44～45)：(44～45)：(4)：(3)把LiCl、KCl、KSCN、(NH₄)₂MoO₄加入电解炉的电解槽中，加热熔融，得到LiCl-KCl-KSCN-(NH₄)₂MoO₄电解质体系；

二、以金属钼为工作电极，石墨为辅助电极，银/氯化银(1wt.％)为参比电极，在电解温度为450～550℃、电流为3.0～6.0Acm^-2的条件下电解1～2小时，将电解槽内的物质降至常温，将固相物过滤出来，洗涤、烘干，得到类石墨烯花状二硫化钼材料。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中的氯化锂、氯化钾是在200～250℃的条件下干燥6～12小时进行预处理的。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤一中的LiCl、KCl、KSCN、(NH₄)₂MoO₄的质量比为44.5：44.5：4：3。其它与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤二中电解温度为500℃、电解电流为4.0Acm^-2、电解时间为1.5小时。其它与具体实施方式一至三之一相同。

用以下的试验验证本发明的有益效果：

试验1：本试验的共沉积制备类石墨烯花状二硫化钼材料的方法，按以下步骤进行：

一、把45克LiCl、45克KCl、4克KSCN、3克(NH₄)₂MoO₄加入电解炉的电解槽中，加热至450℃，熔融，得到LiCl-KCl-KSCN-(NH₄)₂MoO₄电解质体系。

二、以金属钼为工作电极，石墨为辅助电极，银/氯化银(1wt.％)为参比电极，在电解温度为450℃、电流为5.94Acm^-2的条件下电解1小时，将电解槽内的物质降至常温，将固相物过滤出来，用水洗涤，烘干温度为80℃时间1小时，得到类石墨烯花状二硫化钼材料。

本试验制备的类石墨烯花状二硫化钼材料的低倍率扫描电镜照片如图1所示，从图1可知，类石墨烯花状二硫化钼材料为分散性的颗粒，图2是类石墨烯花状二硫化钼材料的EDS能谱图，从图2可以看出，该材料确实为二硫化钼材料。图3是高倍率扫描电镜照片，从图3可知，类石墨烯花状二硫化钼材料为分散性的颗粒，颗粒为花瓣状。

本试验制备的类石墨烯花状二硫化钼材料的XRD谱图如图4所示，从图4可以看出，二硫化钼的XRD衍射峰强度高，衍射峰尖锐并且半高宽小，表明了二硫化钼的结晶好。进一步通过傅里叶变换的方法，运用计算机运算，结果表明没有晶格畸变。

试验2：本试验的共沉积制备类石墨烯花状二硫化钼材料的方法，按以下步骤进行：

一、把45克LiCl、45克KCl、4克KSCN、3克(NH₄)₂MoO₄加入电解炉的电解槽中，加热至450℃，熔融，得到LiCl-KCl-KSCN-(NH₄)₂MoO₄电解质体系。

二、以金属钼为工作电极，石墨为辅助电极，银/氯化银(1wt.％)为参比电极，在电解温度为450℃、电流为3.10Acm^-2的条件下电解1小时，将电解槽内的物质降至常温，将固相物过滤出来，用水洗涤，烘干温度为80℃时间1小时，得到类石墨烯花状二硫化钼材料。

本试验制备的类石墨烯花状二硫化钼材料的高倍率扫描电镜照片如图5所示，从图5可知，类石墨烯花状二硫化钼材料为分散性的颗粒。