CN104393295A - 一种花状二硫化钨纳米颗粒的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种花状二硫化钨纳米颗粒的制备方法，采用的是高温硫化合成法，步骤如下：将单质硫粉、硫脲和WO3按摩尔比10:10:1～20:20:1混合后充分研磨，将研磨后的粉末用压片机在25MPa～35Mpa的压力下压成直径为25～30mm，厚度为4～6mm的圆片；将所压制的圆片放入坩埚，并将坩埚推入管式炉中央位置；向管式炉中通入氩气，并以10～12℃/min的速度将管式炉迅速升温至800～850℃，并恒温处理30～60min；然后，自然冷却到室温，得到花状二硫化钨纳米颗粒。本发明方法工艺简单，成本低廉，制备得到的产品纯度高、产率高，有望用于大规模的工业生产。

Description

一种花状二硫化钨纳米颗粒的制备方法
技术领域
本发明涉及无机材料领域，特别涉及一种花状二硫化钨纳米颗粒的制备方法。
背景技术
随着地球上各种资源如石油、煤等的日益枯竭，开发各种替代能源成为了全球许多研究机构的重要任务。伴随着石油资源的日益短缺，汽车公司开始了各种新能源汽车的开发，电动汽车就是其中的重要一员。而目前制约电动汽车推广使用的重要原因在于电池容量有限，导致每充一次电后汽车行驶里程有限。因此，只有开发出容量高、充电效率快并且安全性好的电动汽车电池才有可能将电动汽车推广普及。锂离子电池因具有高容量和高功率等特点，成为了电动汽车电池的首选。要想开发出适用于电动汽车的锂离子电池，首选要对锂离子电池的材料进行研究，包括正极材料、负极材料和隔膜等。层状过渡金属硫化物已被证明是具有很大潜能的锂离子电池负极材料，因为他们所能提供容量和功率密度远超过传统石墨。在这些硫化物中，对具有层状结构特征的二硫化钼所开展的研究最为集中。各种不同形貌的二硫化钼及其复合材料已被用作锂电池负极材料，同时研究结果也表明它们具有很高容量和良好的循环稳定性。
与二硫化钼具有相同结构的二硫化钨是另一种很适合用于锂离子存储的层状过渡金属硫化物。二硫化钨晶体由具有三明治结构形式的S-W-S单元层堆垛而成，其单元层由上下两层硫原子层与中间一层钨原子层通过共价键连接而成，而各单元层间仅有微弱的范德华力相互作用，这种特殊的结构使得其被广泛应用于润滑、扫描探针显微镜、催化、场效应晶体管和光电传感器等领域，同时，这种特殊的层状结构也使得锂离子很容易嵌入和脱嵌。有许多研究人员开展了将不同形貌和尺寸的二硫化钨作为锂电池负极材料的研究，探讨了其电化学性能。经过研究，人们发现二硫化钨纳米材料的形貌对其电化学性能有很大的影响，当其片层结构变为单层或少层时，此时的材料具有更大的比表面积、高的反应活性、高的电子或离子传导率，这样会有利于锂离子的嵌入和脱嵌，并且在此时，锂离子的嵌入和脱嵌对其尺寸影响较小，从而使得材料具有更高的电化学性能。当超薄的二硫化钨纳米片组装成花状结构时，更加有利于增大其比表面积，从而会大大提高材料的电化学性能。但目前花状结构的二硫化钨纳米材料主要是通过水热法制备，水热法制备产量较低，不利于批量生产，为此，我们提出了利用简单的高温硫化方法制备花状二硫化钨纳米材料。
发明内容
本发明的目的是提供一种工艺简单、成本低的制备花状二硫化钨纳米颗粒的制备方法。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种花状二硫化钨纳米颗粒的制备方法，包括如下步骤：将硫粉、硫脲和WO3粉按比例混合，对混合粉体研磨，使粉体混合均匀，然后将研磨后粉体压制成圆片，并将圆片放入坩埚，再将坩埚推入管式炉中央位置，将管式炉以10～12℃/min的速度升温到800～850℃，同时向管式炉中通入保护气体，在800～850℃保温30～60min，随炉冷却到室温，得到花状二硫化钨纳米颗粒。
所述硫粉、硫脲和WO3粉的摩尔比为10:10:1 ～20: 20:1。
对所述混合粉体研磨时间为20～30min，使粉体混合均匀。 
所述原片直径为25～30mm，厚度为4～6mm。
所述的保护气体为氩气。
本发明制备过程中，所有试剂均为商业产品，不需要再制备。
本发明方法的***廉，生产工艺简单易控，制备的纳米花形貌比较均一，产物产出率高，适合大规模的工业生产。
附图说明
图1 为实施例1所制得的花状二硫化钨纳米颗粒的XRD谱图。
图2 为实施例1所制得的花状二硫化钨纳米颗粒的场发射扫描电镜（SEM）照片。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明做进一步的说明。
实施例1：
将1gWO3与1.38g硫粉和3.28g硫脲混合后用研钵研磨20min，将研磨后的粉体利用压片机在25MPa压力下压成直径为25mm，厚度为4mm的圆片；将圆片放入坩埚，并将坩埚推入管式炉中央热区位置，将管式炉以8℃/min的速度升温至800℃，同时向管式炉中通入氩气；将管式炉在800℃保温30min；然后待管式炉自然冷却至室温后，卸下管式炉两端法兰盘，取出瓷舟，得到黑色粉末,即为花状二硫化钨纳米片，所制备二硫化钨的产率为87%。
实施例2：
将1gWO3与2.76g硫粉和6.56g硫脲混合后用研钵研磨30min，将研磨后的粉体利用压片机在30MPa压力下压成直径为25mm，厚度为6mm的圆片；将圆片放入坩埚，并将坩埚推入管式炉中央热区位置，将管式炉以10℃/min的速度升温至850℃，同时向管式炉中通入氩气；将管式炉在850℃保温60min；然后待管式炉自然冷却至室温后，卸下管式炉两端法兰盘，取出瓷舟，得到黑色粉末,即为花状二硫化钨纳米片，所制备二硫化钨的产率为91%。
实施例3：
将1gWO3与1.38g硫粉和6.56g硫脲混合后用研钵研磨25min，将研磨后的粉体利用压片机在35MPa压力下压成直径为25mm，厚度为5mm的圆片；将圆片放入坩埚，并将坩埚推入管式炉中央热区位置，将管式炉以8℃/min的速度升温至850℃，同时向管式炉中通入氩气；将管式炉在850℃保温30min；然后待管式炉自然冷却至室温后，卸下管式炉两端法兰盘，取出瓷舟，得到黑色粉末,即为花状二硫化钨纳米片，所制备二硫化钨的产率为89%。
图1为实施例1所制备的产物的XRD图谱，产物为纯的WS2六方晶体；图2为实施例1所制备的产物的SEM照片，可以明显看到大量花状结构生成，花状结构主要由许多超薄的纳米片组成纳米片厚度为3～5 nm。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但实施例和附图并不是用来限定本发明，任何熟悉此技艺者，在不脱离本发明之精神和范围内，自当可作各种变化或润饰，但同样在本发明的保护范围之内。因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求保护范围所界定的为准。

Claims (5)

1.一种花状二硫化钨纳米颗粒的制备方法，其特征在于包括如下步骤：将硫粉、硫脲和WO3粉按比例混合，对混合粉体研磨，使粉体混合均匀，然后将研磨后粉体压制成圆片，并将圆片放入坩埚，再将坩埚推入管式炉中央位置，将管式炉以10～12℃/min的速度升温到800～850℃，同时向管式炉中通入保护气体，在800～850℃保温30～60min，随炉冷却到室温，得到花状二硫化钨纳米颗粒。
2.根据权利1 所述的花状二硫化钨纳米颗粒的制备方法，其特征在于：所述硫粉、硫脲和WO3粉的摩尔比为10:10:1 ～20: 20:1。
3.根据权利1 所述的花状二硫化钨纳米颗粒的制备方法，其特征在于：对所述混合粉体研磨时间为20～30min，使粉体混合均匀。
4.根据权利1 所述的花状二硫化钨纳米颗粒的制备方法，其特征在于：所述原片直径为25～30mm，厚度为4～6mm。
5.根据权利1 所述的花状二硫化钨纳米颗粒的制备方法，其特征在于：所述的保护气体为氩气。
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