技术领域本发明涉及一种二硫化钼纳米材料的合成方法。
背景技术：
二硫化钼(molybdenumdisulfide)是典型的层状结构，层与层之间以较弱的范德瓦耳斯力相结合；每个钼原子被六个硫原子所包围。二硫化钼因其特殊的层状结构和各向异性，在工业中的应用日益扩大，应用于摩擦润滑，催化精制，电子探针，储氢材料，电极材料和光电化学制氢催化剂等诸多领域。它被视为类石墨烯材料，一直受到来自物理、材料和化学等不同领域研究者的普遍青睐。纳米结构二硫化钼有许多获取方式，例如机械力剥离、电化学剥离、化学气相沉积生长等，利用化学气相沉积方法可以生长出更多不同结构的二硫化钼，目前较多的是利用化学气相沉积方法生长单层或少层二硫化钼纳米薄片。通过实验研究，二硫化钼在表面具有较强的化学惰性，只有在截面处露出Mo-S键的区域才有较高的化学活性。现有的二硫化钼纳米材料的制备方法中硫源通常采用固态和气态两种，固态硫源为硫粉等，固态硫源不能控制硫源的通入量及截止时间点；气态硫源为二硫化碳、硫化氢等。气态硫源会带来杂质，降低二硫化钼的纯度，且气态硫源易燃易爆，造成安全隐患。
技术实现要素：
本发明是要解决现有二硫化钼纳米材料的制备方法存在固态硫源不能控制硫源的通入量及截止时间点，气态硫源会带来杂质、降低纯度，易造成安全隐患的问题，提供一种二硫化钼纳米墙的合成方法。本发明二硫化钼纳米墙的合成方法，按以下步骤进行：一、准备：依次利用丙酮、无水乙醇和去离子水对硅片进行超声清洗，每次超声清洗时间为10min～15min，得到清洗后硅片；称取4mg～8mg的三氧化钼粉末和0.12g～0.18g的硫粉，分别放入各自石英舟中；二、生长二硫化钼纳米墙：将硅片及分别装有三氧化钼粉末和硫粉的石英舟放入化学气相沉积装置的石英管中，具体放置方法为：将装有三氧化钼的石英舟放在炉子中间，将装有硫粉的石英舟放在炉子外的石英管中靠近气体检流计一侧，距炉子2cm处，将硅片放在炉子内的石英管中靠近真空泵一侧，距装有三氧化钼的石英舟3～5cm处；启动真空泵，将石英管内抽真空至压强达到0.1Pa以下，以流速为10～20mL/min通入氩气或氮气，并同时启动加热系统，将温度从室温升温至600℃～700℃，并在温度为600℃～700℃下维持10min～20min，然后关闭加热系统，并提高氩气或氮气流速到200～500mL/min，自然冷却至室温，关闭真空泵，待到石英管内压强达到常压，取出表面生长有二硫化钼纳米墙的硅片，即完成二硫化钼纳米墙的生长。本发明的原理：本发明方法将固态硫源(硫粉)放置于炉子外的石英管中，炉子升温至600℃～700℃时，放置硫粉处的温度恰好能够达到硫粉的最佳蒸发温度(150℃左右)，硅片处于化学气相沉积的最佳位置温度处，此时硫粉升华为硫蒸汽，硫蒸汽通过载气氢气或者氩气，和氧化钼蒸汽相遇反应并沉积到基底硅片上，反应原理示意图如图3所示。本发明方法通过放入硫粉的质量控制硫源的通入量，反应完毕后，加大载气流量即可把硫带走，不往基底上沉积，从而控制截止时间点。本发明的有益效果：1、本发明用硫粉作为硫源，可以保证不向体系内引入杂质元素，保证样品纯净度。由于本发明方法将固态硫源升华变为硫蒸汽，可以很好的控制硫源的通入量及截止时间点，解决了固态硫源不能控制硫源的通入量及截止时间点的问题；2、本发明方法操作工艺简单，易被无专业知识的人员操作，更容易实现产业化。3、本发明方法得到的二硫化钼纳米墙的生长面积大且均匀，二硫化钼纳米墙具有更大的比表面积，并暴露更多截面，这一特征使它在电容器、锂电池、电化学等方面有着很好的前景，有利于在工业上的应用。4、本发明方法设备简单，降低生产成本。附图说明图1为实施例1制备的表面生长有二硫化钼纳米墙的硅片基底的电镜照片；图2为实施例1制备的二硫化钼纳米墙的拉曼光谱检测结果；图3为本发明方法的原理示意图；图中1为炉子，2为石英管，3为三氧化钼，4为硫粉，5为硅片，箭头表示惰性气体流动方向。具体实施方式本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。具体实施方式一：本实施方式二硫化钼纳米墙的合成方法，按以下步骤进行：一、准备：依次利用丙酮、无水乙醇和去离子水对硅片进行超声清洗，得到清洗后硅片；称取4mg～8mg的三氧化钼粉末和0.12g～0.18g的硫粉，分别放入各自石英舟中；二、生长二硫化钼纳米墙：将硅片及分别装有三氧化钼粉末和硫粉的石英舟放入化学气相沉积装置的石英管中，具体放置方法为：将装有三氧化钼的石英舟放在炉子中间，将装有硫粉的石英舟放在炉子外的石英管中靠近气体检流计一侧，距炉子2cm处，将硅片放在炉子内的石英管中靠近真空泵一侧，距装有三氧化钼的石英舟3～5cm处；启动真空泵，将石英管内抽真空至压强达到0.1Pa以下，通入氩气或氮气，并同时启动加热系统，将温度从室温升温至600℃～700℃，并在温度为600℃～700℃下维持10min～20min，然后关闭加热系统，并提高氩气或氮气流速到200～500mL/min，自然冷却至室温，关闭真空泵，待到石英管内压强达到常压，取出表面生长有二硫化钼纳米墙的硅片，即完成二硫化钼纳米墙的生长。具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中每次超声清洗时间为10min～15min。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：步骤一中称取5mg～7mg的三氧化钼粉末和0.14g～0.16g的硫粉。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：步骤二中将硅片放在炉子内的石英管中靠近真空泵一侧，距装有三氧化钼的石英舟4cm处。其它与具体实施方式一至三之一相同。具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：步骤二中通入氩气或氮气的流速为10～20mL/min。其它与具体实施方式一至四之一相同。具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：步骤二中提高氩气或氮气流速到300～400mL/min。其它与具体实施方式一至五之一相同。采用下述试验验证本发明效果：实施例1：本实施例二硫化钼纳米墙的生长方法，具体是按以下步骤完成的：一、准备：依次利用丙酮，无水乙醇和去离子水对硅片进行超声清洗，每次超声清洗10min，得到清洗后硅片；称取4mg的三氧化钼粉末和0.12g的硫粉，并分别放入各自石英舟中；二、生长二硫化钼纳米墙：将硅片及分别装有三氧化钼粉末和硫粉的石英舟放入化学气相沉积装置的石英管中，具体放置方法为：将装有三氧化钼的石英舟放在炉子中间，将装有硫粉的石英舟放在炉子外的石英管中靠近气体检流计一侧，距炉子2cm处，将硅片放在炉子内的石英管中靠近真空泵一侧，距装有三氧化钼的石英舟3cm处；启动真空泵，将石英管内抽真空至压强达到0.1Pa以下，以流速为10mL/min通入氩气，并同时启动加热系统，将温度从室温升温至温度为700℃，并在温度为700℃下维持10min，然后关闭加热系统，并提高氩气流速到200mL/min，自然冷却至室温，关闭真空泵，待到石英管内压强达到常压，取出表面生长有二硫化钼纳米墙的硅片，即完成二硫化钼纳米墙的生长。利用扫描电子显微镜观察实施例1步骤二得到表面生长有二硫化钼纳米墙的硅片基底如图1所示，通过图1可知在硅片基底表面成功生长出二硫化钼纳米墙，且二硫化钼纳米墙的尺度大约在100nm。对实施例1步骤二得到的二硫化钼纳米墙的进行拉曼光谱检测，如图2所示，图2是拉曼光谱图，图中曲线表示实施例1步骤二得到的二硫化钼纳米墙的拉曼光谱曲线，通过图2可以看到有明显的二硫化钼特征峰，可知在基底表面成功成长出了二硫化钼纳米墙。实施例2：本实施例二硫化钼纳米墙的生长方法，具体是按以下步骤完成的：一、准备：依次利用丙酮，无水乙醇和去离子水对硅片进行超声清洗，每次超声清洗10min；得到清洗后硅片；称取4mg的三氧化钼粉末和0.12g的硫粉，并分别放入各自石英舟中；二、生长二硫化钼纳米墙：将硅片及分别装有三氧化钼粉末和硫粉的石英舟放入化学气相沉积装置的石英管中，具体放置方法为：将装有三氧化钼的石英舟放在炉子中间，将装有硫粉的石英舟放在炉子外的石英管中靠近气体检流计一侧，距炉子2cm处，将硅片放在炉子内的石英管中靠近真空泵一侧，距装有三氧化钼的石英舟3cm处；启动真空泵，将石英管内抽真空至压强达到0.1Pa以下，以流速为10mL/min通入氩气，并同时启动加热系统，将温度从室温升温至温度为650℃，并在温度为650℃下维持10min，然后关闭加热系统，并提高氩气流速到200mL/min，自然冷却至室温，关闭真空泵，待到石英管内压强达到常压，取出表面生长有二硫化钼纳米墙的硅片，即完成二硫化钼纳米墙的生长。实施例3：本实施例二硫化钼纳米墙的生长方法，具体是按以下步骤完成的：一、准备：依次利用丙酮，无水乙醇和去离子水对硅片进行超声清洗，每次超声清洗10min；得到清洗后硅片；称取4mg的三氧化钼粉末和0.12g的硫粉，并分别放入各自石英舟中；二、生长二硫化钼纳米墙：将硅片及分别装有三氧化钼粉末和硫粉的石英舟放入化学气相沉积装置的石英管中，具体放置方法为：将装有三氧化钼的石英舟放在炉子中间，将装有硫粉的石英舟放在炉子外的石英管中靠近气体检流计一侧，距炉子2cm处，将硅片放在炉子内的石英管中靠近真空泵一侧，距装有三氧化钼的石英舟3cm处；启动真空泵，将石英管内抽真空至压强达到0.1Pa以下，以流速为10mL/min通入氮气，并同时启动加热系统，将温度从室温升温至温度为700℃，并在温度为700℃下维持10min，然后关闭加热系统，并提高氮气流速到200mL/min，自然冷却至室温，关闭真空泵，待到石英管内压强达到常压，取出表面生长有二硫化钼纳米墙的硅片，即完成二硫化钼纳米墙的生长。实施例4：本实施例二硫化钼纳米墙的生长方法，具体是按以下步骤完成的：一、准备：依次利用丙酮，无水乙醇和去离子水对硅片进行超声清洗，每次超声清洗10min；得到清洗后硅片；称取4mg的三氧化钼粉末和0.12g的硫粉，并分别放入各自石英舟中；二、生长二硫化钼纳米墙：将硅片及分别装有三氧化钼粉末和硫粉的石英舟放入化学气相沉积装置的石英管中，具体放置方法为：将装有三氧化钼的石英舟放在炉子中间，将装有硫粉的石英舟放在炉子外的石英管中靠近气体检流计一侧，距炉子2cm处，将硅片放在炉子内的石英管中靠近真空泵一侧，距装有三氧化钼的石英舟3cm处；启动真空泵，将石英管内抽真空至压强达到0.1Pa以下，以流速为20mL/min通入氩气，并同时启动加热系统，将温度从室温升温至温度为650℃，并在温度为650℃下维持10min，然后关闭加热系统，并提高氩气流速到200mL/min，自然冷却至室温，关闭真空泵，待到石英管内压强达到常压，取出表面生长有二硫化钼纳米墙的硅片，即完成二硫化钼纳米墙的生长。实施例5：本实施例二硫化钼纳米墙的生长方法，具体是按以下步骤完成的：一、准备：依次利用丙酮，无水乙醇和去离子水对硅片进行超声清洗，每次超声清洗10min；得到清洗后硅片；称取4mg的三氧化钼粉末和0.12g的硫粉，并分别放入各自石英舟中；二、生长二硫化钼纳米墙：将硅片及分别装有三氧化钼粉末和硫粉的石英舟放入化学气相沉积装置的石英管中，具体放置方法为：将装有三氧化钼的石英舟放在炉子中间，将装有硫粉的石英舟放在炉子外的石英管中靠近气体检流计一侧，距炉子2cm处，将硅片放在炉子内的石英管中靠近真空泵一侧，距装有三氧化钼的石英舟3cm处；启动真空泵，将石英管内抽真空至压强达到0.1Pa以下，以流速为20mL/min通入氩气，并同时启动加热系统，将温度从室温升温至温度为650℃，并在温度为650℃下维持10min，然后关闭加热系统，并提高氩气流速到200mL/min，自然冷却至室温，关闭真空泵，待到石英管内压强达到常压，取出表面生长有二硫化钼纳米墙的硅片，即完成二硫化钼纳米墙的生长。实施例6：本实施例二硫化钼纳米墙的生长方法，具体是按以下步骤完成的：一、准备：依次利用丙酮，无水乙醇和去离子水对硅片进行超声清洗，每次超声清洗10min；得到清洗后硅片；称取4mg的三氧化钼粉末和0.17g的硫粉，并分别放入各自石英舟中；二、生长二硫化钼纳米墙：将硅片及分别装有三氧化钼粉末和硫粉的石英舟放入化学气相沉积装置的石英管中，具体放置方法为：将装有三氧化钼的石英舟放在炉子中间，将装有硫粉的石英舟放在炉子外的石英管中靠近气体检流计一侧，距炉子2cm处，将硅片放在炉子内的石英管中靠近真空泵一侧，距装有三氧化钼的石英舟3cm处；启动真空泵，将石英管内抽真空至压强达到0.1Pa以下，以流速为10mL/min通入氩气，并同时启动加热系统，将温度从室温升温至温度为700℃，并在温度为700℃下维持10min，然后关闭加热系统，并提高氩气流速到200mL/min，自然冷却至室温，关闭真空泵，待到石英管内压强达到常压，取出表面生长有二硫化钼纳米墙的硅片，即完成二硫化钼纳米墙的生长。