一种碳量子点/MoS2纳米片复合材料及其制备方法

本发明涉及二维材料合成，尤其是涉及一种碳量子点/mos2纳米片复合材料及其制备方法。

背景技术：

1、二硫化钼(mos2)是研究最多的过渡金属硫族化合物，因其价格低廉、资源丰富、无毒且对析氢反应具有很高的催化活性而成为替代铂的理想催化剂。与块状二硫化钼不同，近单层二硫化钼纳米片因其高比表面积和表面活性而引起了人们的广泛关注。根据s原子排列的不同，mos2主要有两种不同的晶相：2h相和1t相，这是因为1t mos2中mo的4d轨道未被完全填充。众所周知，1t mos2(金属导体性质)的导电性是2h mos2(半导体性质)的一百倍，这使其成为一种有前途的催化电解水产氢的替代物。然而，1t mos2不能直接从天然矿中开采，也难以通过普通的化学或物理方法大规模生产。迄今为止，已有报道称，在2h mos2的基础上，通过电子束、光照射和金属掺杂引发的转化反应，可以生产1t mos2。特别地，通过这些实验方法实现这种相变通常需要苛刻的实验条件，例如超临界水热和高风险试剂，以克服2h mos2到1t mos2的高转化障碍。

2、cn 104226337b公开了一种石墨烯负载片层状二硫化钼纳米复合物及其制备方法，该发明以钼酸铵和硫脲作为起始物，在水热条件下使其能够在氧化石墨烯表面负载片层状的纳米二氧化钼；经过焙烧处理后石墨烯所负载的片层状二硫化钼具有更高的结晶度，光催化效率超过商用纳米氧化钛1.7倍以上，但该发明本专利使用的硫脲在反应过程中，经由高温分解为硫化氢和氨等有毒气体。

3、碳量子点由于其独特的性质，如足够的活性中心和丰富的表面官能团，已成为碳基纳米材料中的一颗新星，引起了电催化行业的广泛关注。一般而言，碳量子点主要指尺寸小于10nm，同时以碳质骨架和表面修饰的官能团构成的纳米材料。其碳质骨架通常以sp2杂化的c-o、c＝c、o-c＝o以及石墨碳，或者是sp2和sp3混合杂化构成的无定形碳组成。为了使碳量子点具有更好的性质和应用前景，研究人员通常在其表面修饰一些官能团，例如羟基和羧基等。碳量子点制备过程简单、成本低廉、稳定性好，同时具有优异的光生电子转移能力，是理想的电子接受体和给予体。此外，碳量子点具有比表面能大和尺寸小的特点，这有效地抑制副产物的团聚，有利于形成纳米片。

4、因此，亟需一种碳量子点/mos2纳米片复合材料及其制备方法，以实现二维mos2纳米片的快速、可控、低成本制备并实现了2h相到1t相的转换。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种碳量子点/mos2纳米片复合材料及其制备方法，该制备方法通过加入碳量子点辅助原位合成mos2纳米片，碳量子点在制备过程中作为结构调节剂，调控mos2纳米片的电子结构实现亚稳态相变并促进二维材料的形成，能够实现二维mos2纳米片的快速、可控、低成本制备并实现了2h相到1t相的转换。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、本发明的第一个目的是提供一种碳量子点/mos2纳米片复合材料及其制备方法，所述制备方法为碳量子点辅助制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

4、s1、将一定质量比例磺酸基前驱物与三硝基芘超声溶解于去离子水中，得到混合溶液，在反应釜中一定温度下反应一定时间，将初产物进行抽滤和透析，干燥初产物，获得碳量子点的固体粉末，作为磺酸基功能化碳量子点；

5、s2、将步骤s1所得磺酸基功能化碳量子点、mo的无机盐和s的无机盐溶于去离子水中，搅拌，得到混合均匀的无机盐溶液，在反应釜中一定温度下反应一定时间，用乙醇离心分离，洗涤，真空干燥，得到碳量子点/mos2纳米片复合材料。

6、进一步地，所述反应釜为聚四氟乙烯反应釜。

7、进一步地，所述磺酸基前驱物与三硝基芘的质量比例为0.1～1。

8、进一步地，步骤s1中，所述磺酸基前驱物选自亚硫酸钠、4-肼基苯磺酸、4-氨基苯磺酸、4-羟基苯磺酸和1-氨基-2-萘酚-4-磺酸中的一种或多种。

9、进一步地，步骤s1中，所述磺酸基前驱物的添加量为100-1000mg。

10、进一步地，步骤s1中，所述在反应釜中一定温度下反应一定时间具体为将20-60ml混合溶液转移至聚四氟乙烯高压反应釜中反应，加热温度为150-300℃，加热时间为6-30h。

11、进一步地，步骤s1中，所述干燥初产物的干燥温度不高于60℃。

12、进一步地，步骤s2中，所示mo的无机盐和s的无机盐分别为七钼酸铵和硫脲，两者质量比例为0.3-0.8，浓度范围均为10-800mmol/l。

13、进一步地，步骤s2中，所述无机盐溶液中，所述磺酸基功能化碳量子点添加量为10-300mg。

14、进一步地，步骤s2中，所述搅拌的时间为0.5-2h。

15、进一步地，步骤s2中，所述在反应釜中一定温度下反应一定时间具体为将20-60ml无机盐溶液转移至反应釜中，加热温度为150-300℃，加热时间为6-30h。

16、进一步地，上述反应釜为聚四氟乙烯反应釜。

17、进一步地，步骤s2中，所述离心分离转速为8000-12000转/分钟，离心分离时间为1-20min。

18、本发明的第二个目的是提供一种/mos2纳米片复合材料及其制备方法，所述碳量子点/mos2纳米片复合材料是采用上述制备方法得到的，所述碳量子点/mos2纳米片复合材料的平均厚度不大于20nm。

19、与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

20、1)本发明提供的碳量子点/mos2纳米片复合材料的制备方法，简单易行、成本低、反应温和、毒性小后处理简单，同时制备的二硫化钼产量高、质量好、结构稳定，通过加入碳量子点原位合成的mos2纳米片厚度可调，该方法适用于工业化大批量生产纳米尺寸的碳量子点/mos2纳米片复合材料。

21、2)本发明提供的碳量子点/mos2纳米片复合材料同时拥有1t和2h相结构，1t mos2不能直接从天然矿中开采，也难以通过普通的化学或物理方法大规模生产。迄今为止，已有报道称，在2h mos2的基础上，通过电子束、光照射和金属掺杂引发的转化反应，可以生产1tmos2。特别地，通过这些实验方法实现这种相变通常需要苛刻的实验条件，例如超临界水热和高风险试剂，以克服2h mos2到1t mos2的高转化障碍，为了改善这一问题，在mos2的合成过程中加入碳量子点，调控碳量子点加入量、反应温度、反应釜填充度进而制备得到了1t、2h相共存的mos2异质结。

22、3)本发明提供的碳量子点/mos2纳米片复合材料为单层或少层，相较于块状mos2，近单层二硫化钼纳米片因其高比表面积和表面活性而引起了人们的广泛关注。该发明方法中碳量子点的加入对于打开mos2层间距而形成近单层纳米片结构具有重要意义，所制得的碳量子点/mos2纳米片复合材料平均厚度能够达到2nm。

23、4)本发明提供的碳量子点/mos2纳米片复合材料的制备方法，通过加入碳量子点辅助原位合成碳量子点/mos2纳米片复合材料，碳量子点在制备过程中作为结构调节剂，调控碳量子点/mos2纳米片复合材料的电子结构实现亚稳态相变并促进二维材料的形成，实现二维mos2纳米片的快速、可控、低成本制备并实现了2h相到1t相的转换。