一种制备二硫化钼纳米片的方法
【专利摘要】本发明公开了一种水热法和液相超声剥离法两步工艺制备二硫化钼（MoS2）纳米片的方法，是通过以下工艺过程实现的：将购买的MoS2粉末和碳酸锂按摩尔比为1:42的比例均匀混合，放入装有40毫升苯甲醇的高压釜中，密封。在200℃中保持48小时。待自然冷却后，真空干燥得到中间产物。取0.2g-0.6g中间产物放入20ml二甲基甲酰胺和10ml水的混合液中，超声分散12h。得到的分散液用500rpm（转/分钟）-600rpm离心30-45分钟，再取上层清液用6000rpm-8000rpm离心6分钟，产物用3%的HCl清洗两次，用去离子水洗至中性，最后产品真空干燥，得到片状的纳米二硫化钼。本发明所剥离出的二硫化钼为纳米片。本发明的特点是：方法简单、易于实现推广且适合大规模的工业生产。
【专利说明】一种制备二硫化钼纳米片的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于纳米结构制备领域，是一种块状材料在液相中超声剥离成纳米片的方法。
【背景技术】
[0002]MoS2是一种直接帯隙半导体，层间存在弱的范德华力，属于六方晶系层状结构，在光电器件方面有很高的应用前景，还可成为制作晶体管的新型材料(比如说传感器，LED,太阳能电池等等)。相较于同属二维材料的石墨烯，二硫化钥拥有1.SeV的能带隙，而石墨烯则不存在能带隙，因此，二硫化钥可能在纳米晶体管领域拥有更广阔的应用空间。纳米MoS2的性能比普通的MoS2更优异，可用作催化剂，而且单层二硫化钥晶体管的电子迁移率更高。
[0003]近年来的科学研究表明单层或者少层的MoS2能够显示出更好地物化性质，在工业【技术领域】有重要的应用价值。所以近几年有很多关于二硫化钥分层的报道。
[0004]目前有许多方法制备少层或者单层的二硫化钥纳米结构，如微机械力剥离法，锂离子插层法，液相超声法，化学气相沉积法。
[0005]微机械力剥离法:1965年，Frindt最早利用这种特殊胶带得到了几层至几十层后的二硫化钥。其原理是通过胶带的粘性附着力来克服二硫化钥分子层间的弱范德华力从而达到剥离的目的。参阅Appl.Phys.1966年第37期第1928页。
[0006]锂离子插层法:Morrison等首次通过该法制得单层二硫化钥。参阅Mater.Res.Bull.1986年第21期第457页。2009年Y.L.Chen等成功的 剥离了二硫化钥。参阅Mater.Res.Bull.2009 年第 44 期 719 页至 723 页。
[0007]液相超声法:2011年，Coleman等通过向二硫化钥粉末中添加N-甲基_2_吡咯烷酮(NMP)，接着超声、离心、真空干燥从而制得类石墨烯二硫化钥。参阅Science 2011年第331期第568页。2012年J.Am.等用水热法和液相超声剥离法的合用也实现了对块状光电材料Bi2Se3单层的制备。彰显了这一制备方法的工业化应用前景。
[0008]化学气相沉积法:2013年Cao Linyou等人在文中描述了用化学气相沉积法在不同的基底上(氧化硅，蓝宝石，石墨)可以精确的长出高质量的单层或少层MoS2薄膜，这对于制作光电器件非常重要。参阅2013年SCIENTIFIC REPORTS第3期第1866页。
[0009]以上报道都是对块状二硫化钥的剥离方法，剥离成单层或少层的二硫化钥，实现它对工业上的应用价值。但是用水热和超声剥离法的合用剥离二硫化钥还未见报道。
[0010]本发明采用的就是先水热，后液相超声剥离法，成功的将现成的块状层状化合物二硫化钥剥离成纳米结构的低维二硫化钥，本发明中剥离的二硫化钥在微观上具有较好的结构，说明了此方法的可实现性，得到了一个制备二硫化钥纳米片的新方法，使其在光电器件领域有重大的潜在应用价值。
【发明内容】
[0011]本发明的目的在于提供一种剥离块状二硫化钥，制备二硫化钥纳米片的新方法。
[0012]本发明是通过以下工艺过程实现的:
第一步是水热法:将块状二硫化钥(99%)与分析纯的碳酸锂按摩尔比为1:42均匀混合放入装有40ml苯甲醇的高压釜中，高压密封。在200°C的高温炉中反应48小时，让碳酸锂插入到二硫化钥层间。待自然冷却后用丙酮和酒精清洗，真空干燥得到中间产物。
[0013]第二步是液相超声法:
取上述的0.2g-0.6g中间产物放入20ml 二甲基甲酰胺和IOml水的混合液中，在超声仪中超声12h。得到的分散液用转速为500rpm (转/分钟)-600rpm离心30-45分钟，然后取清液用转速为6000rpm (转/分钟)-8000rpm离心6分钟，得到的产物用3%的HCl清洗两次，去掉多余的碳酸锂，再用去离子水洗至中性，最后的产品用酒精清洗多次，放入真空干燥炉干燥，得到最后的目的产物一片状的纳米二硫化钥。
[0014]本发明制备出的片状MoS2，其透射电镜图片如图1所示，X射线衍射图谱如图2所示，透射电镜图如图3，图4所示。本发明以采用溶剂热和超声剥离法的合用来对块状二硫化钥进行剥离，并且得到了片状的二硫化钥。所用生产方法新颖，较简单，适合推广大规模生产。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1为实施例1产品的透射电镜图片。
[0016]图2为实施例2产品的X射线衍射图谱。
[0017]图3为实施例3产品的透射电镜图片。
[0018]图4为实施例3产品的透射电镜图片。
【具体实施方式】
[0019]实施例1:
采用MoS2粉末(99%)和碳酸锂(分析纯)为原料，两者按Imol:42mol均匀混合后，放入装有40ml苯甲醇的高压釜中，高压密封。在200°C的高温炉中反应48小时。待自然冷却后用丙酮和酒精清洗，真空干燥得到中间产物。取0.2g中间产物放入20ml DMF(二甲基甲酰胺)和IOml水的混合液中，超声12h,得到的分散液用转速为600rpm (转/分钟)的离心机离心30分钟，再取清液用转速为6000rpm离心6分钟，得到的产物用3%的HCl清洗两次，用离子水洗至中性，最后的产品用酒精清洗多次，放入真空干燥炉干燥，得到产物。其透射电镜图片如图1。
[0020]实施例2:
采用MoS2粉末(99%)和碳酸锂(分析纯)为原料，两者按Imol:42mol均匀混合后，放入装有40ml苯甲醇的高压釜中，高压密封。在200°C的高温炉中反应48h。待自然冷却后用丙酮和酒精清洗，真空干燥得到中间产物。取0.55g中间产物放入20ml 二甲基甲酰胺和IOml水的混合液中，超声12h，得到的分散液用转速为600rpm的离心机离心30分钟，再取清液用转速为6000rpm离心6分钟，得到的产物用3%的HCl清洗两次，用离子水洗至中性，最后的产品用酒精清洗多次，放入真空干燥炉干燥，得到产物。其X射线衍射图谱如图2。
[0021]实施例3:采用MoS2粉末(99%)和碳酸锂(分析纯)为原料，两者按Imol: 42mol均匀混合后，放入装有40ml苯甲醇的高压釜中，高压密封。在200°C的高温炉中反应48小时。待自然冷却后用丙酮清洗两次，用盐酸清洗两次，再用去离子水洗至中性，最后用酒精清洗，真空干燥得到中间产物。取0.04277g中间产物放入20ml 二甲基甲酰胺和IOml水的混合液中，超声12h。用转速为500rpm离心45分钟，再取清液用转速为8000rpm离心6分钟，得到的产物用去离子水清洗多次，最后用酒精在真空中干燥，得到产物，其透射电镜图片如图3，图4。
【权利要求】
1.一种制备二硫化钥(MoS2)纳米片的方法，其特征在于从普通MoS2粉末出发，通过以下途径可以得到纳米尺度的片状结构:将MoS2粉末(纯度为质量百分比99%)以1:42的摩尔比与碳酸锂粉末均匀混合后，加入0.1g CTAB (十六烷基三甲基溴化铵)置于放有40ml苯甲醇的高压釜中，充分搅拌30分钟，密封，在200°C下反应48小时；自然冷却后样品用丙酮和酒精清洗，真空干燥得到中间产物；取0.2g-0.6g中间产物放入DMF (二甲基甲酰胺)和水的混合液中，超声12h,得到分散液；将分散液放入离心机中,用转速为500rpm (转/分钟)-600rpm (转/分钟)离心30-45分钟,然后取清液用转速为6000rpm-8000rpm离心6分钟，得到的产物用3%的HCl清洗两次，然后用去离子水洗至中性，最后用酒精在真空干燥炉干燥得到目标产物。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所用反应装置是高压釜。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述表面活性剂为CTAB(十六烷基三甲基溴化铵)。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所用温度是200°C下反应48h。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，二硫化钥的中间产物在DMF(二甲基甲酰胺)超声12h。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，分散液要分别用低转速和高转速离心不同的时间，且低转速后取上 层清液高转速离心。
【文档编号】C01G39/06GK103803651SQ201410086208
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2014年3月11日 优先权日:2014年3月11日
【发明者】简基康, 李燕, 吴 荣 申请人:新疆大学