CN106745271B - 一种制备二硫化钨纳米片的胆酸钠改进水热法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种制备二硫化钨纳米片的胆酸钠改进水热法。该方法以钨酸及硫脲作为原料，按照一定比例溶于去离子水中得到淡黄色溶液,调节溶液PH=6。向溶液中加入34‑51 mg胆酸钠作为表面活性剂，搅拌30 min。混合溶液转移至水热反应釜中在180℃条件下搅拌反应8‑12 h，冷却至室温。过滤反应后的混合液并进行水洗和醇洗，收集滤饼。将收集的滤饼在60℃条件下真空干燥12 h，得到黑色固体为二硫化钨纳米片。这种方法克服了剥离法操作繁琐、产率极低、产物形态不均一等不足，简化了二硫化钨纳米片“由下至上”制备和分离工艺，产物形态均一，产物收率高，为纳米结构二硫化钨的宏量制备、性能研究及在催化制氢、半导体电子器件、能量储存等领域工业化应用开拓了新的技术途径。

Description

一种制备二硫化钨纳米片的胆酸钠改进水热法
技术领域
本发明涉及一种制备少层二硫化钨纳米片的胆酸钠改进水热法。
背景技术
二硫化钨（WS2）是一种典型的过渡族金属硫化物(TMD)，具有与石墨相似的层状结构，属六方晶系。二硫化钨晶体的单元层是由 S-W-S 三个平面层组成的，在单元层内部，三棱形分布的硫原子把钨原子包围住，硫原子与钨原子之间以很强的共价键联系在一起，而层与层之间的结合力为范德华力，键合力弱。晶体的多态性是二硫化钨的重要特性之一，体相结构二硫化钨为稳定的2H-半导体相结构，而二维片状纳米结构二硫化钨则为1T-金属相结构。由于表面效应和介电效应等原因，与体相二硫化钨相比二硫化钨纳米片具备许多新的特性，在催化制氢、能量储存、微电子器件等领域具备潜在的应用价值。
近年来，国内外对二硫化钨纳米片的制备方法进行了大量研究，主要分为“由上至下”制备及“由下至上”制备两类方法。目前研究较多的为“由上至下”的制备方法，Late使用机械剥离法，通过反复折叠一块带有二硫化钨粉体的胶带获得了少层的二硫化钨纳米片。Yang等人将二硫化钨粉体浸泡在含有正丁基锂的正己烷溶液中并进行加热和超声处理，获得了超薄的片状二硫化钨。爱尔兰的ColemanJ.N等人提出了水相超声剥离法，将二硫化钨粉体浸泡在含异丙醇或胆酸钠的水溶液中，对其进行超声处理，从粉体表面剥离出单层二硫化钨纳米片。以上介绍的方法存在着制备效率低、制备工艺繁琐、制备出的二硫化钨纳米片厚度不均等问题，难以大范围的推广应用。本发明专利提供了一种合成二硫化钨纳米片的改进水热法，采用钨酸和硫脲作为原料，胆酸钠作为液相体系中的表面活性剂，在合适的温度下进行一步水热反应直接制备二硫化钨纳米片。
这种方法克服了剥离法操作繁琐、产率极低、产物形态不均一等不足，简化了二硫化钨纳米片“由下至上”制备和分离工艺，产物形态均一，产物收率高，为纳米结构二硫化钨的宏量制备、性能研究及工业化应用开拓了新的技术途径。
发明内容
本发明的目的是提供一种制备二硫化钨纳米片简单的改进水热法。在该水热体系中，钨酸与硫脲分别作为钨源及硫源，胆酸钠作为表面活性剂，通过控制水热合成过程中的温度使表面活性剂形成层状胶束，钨酸和硫脲在液相中进行反应并以层状胶束作为模板成核及生长，从而形成二维纳米片状二硫化钨。反应方程式如下所示：
本发明的一种制备二硫化钨纳米片的胆酸钠改进水热法，其特征在于：
首先称取200 mg钨酸和228 mg硫脲（钨酸和硫脲的摩尔比为1:4）加入到60 ml去离子水中，搅拌直到固体完全溶解得到淡黄色溶液；向上述溶液中加入一定量的胆酸钠(34-51 mg)并继续搅拌30 min后，使用盐酸及氨水调节溶液的PH值为6；将混合溶液转移至一个100 ml的水热反应釜中，设定温度为180 ℃并持续搅拌反应8-12 h后冷却至室温，得到黑色液体；过滤黑色液体并将产物进行反复的醇洗及水洗，收集滤饼；将得到的滤饼在60℃真空条件下干燥12 h收集到黑色固体为二硫化钨纳米片。该方法的优势在于提供了一种简单的一步水热法发制备出了形貌较好的二硫化钨纳米片，与传统的“由上至下”制备方法相比水热法的工艺简单且产物量多，方便后续的相关性能研究和工业化推广。
本发明为实现上述发明目的设计了以下技术方案：
（1）称取200 mg钨酸和228 mg硫脲加入到100 ml烧杯中，向其中加入60 ml去离子水并搅拌得到均匀的淡黄色溶液；
（2）向淡黄色溶液中加入34 mg胆酸钠继续搅拌30 min，使用盐酸及氨水调节溶液的PH值为6；
（3）将上述溶液转移至100 ml的水热反应釜中，设定温度180℃并持续搅拌反应8h后冷却至室温得到黑色液体；
（4）过滤黑色液体，并进行反复的醇洗及水洗后收集滤膜上的滤饼。
（5）将收集的滤饼在60℃下真空干燥12 h，得到180 mg黑色固体为二硫化钨纳米片，纳米片直径为400-800 nm,厚度约为1-10 nm。
本发明的有益效果是：在水热反应中加入了表面活性剂，显著的降低了体系的表面张力，为二维纳米片结构在液相中稳定存在提供了特定的微环境；选择胆酸钠作为表面活性剂，胆酸钠的胶束浓度会随着温度而变化，因此可以通过调整水热反应的温度控制胆酸钠形成层状胶束，二硫化钨以此层状胶束为模板进而成核生长为二维片状结构；水热法制备二硫化钨纳米片的效率高，产量大，而且水热法对环境及设备的要求相对较低，比其它方法更适合推广工业化使用，为二硫化钨纳米片的性能研究及其在各大领域的应用开拓了道路。
具体实施方式
实施例1：
（1）称取200 mg钨酸和228 mg硫脲加入到100 ml烧杯中，向其中加入60 ml去离子水并搅拌得到均匀的淡黄色溶液；
（2）向淡黄色溶液中加入34 mg胆酸钠继续搅拌30 min，使用盐酸及氨水调节溶液的PH值为6；
（3）将上述溶液转移至100 ml的水热反应釜中，设定温度180℃并持续搅拌反应8h后冷却至室温得到黑色液体；
（4）过滤黑色液体，并进行反复的醇洗及水洗后收集滤膜上的滤饼。
（5）将收集的滤饼在60℃下真空干燥12 h，得到180 mg黑色固体为二硫化钨纳米片，纳米片直径为400-800 nm,厚度约为5 nm。
实施例2：
（1）称取200 mg钨酸和228 mg硫脲加入到100 ml烧杯中，向其中加入60 ml去离子水并搅拌得到均匀的淡黄色溶液；
（2）向淡黄色溶液中加入51 mg胆酸钠继续搅拌30 min，使用盐酸及氨水调节溶液的PH值为6；
（3）将上述溶液转移至100 ml的水热反应釜中，设定温度180℃并持续搅拌反应8h后冷却至室温得到黑色液体；
（4）过滤黑色液体，并进行反复的醇洗及水洗后收集滤膜上的滤饼。
（5）将收集的滤饼在60℃下真空干燥12 h，得到180 mg黑色固体为二硫化钨纳米片，纳米片直径为50-200 nm,厚度约为1-10 nm。
实施例3：
（1）称取200 mg钨酸和228 mg硫脲加入到100 ml烧杯中，向其中加入60 ml去离子水并搅拌得到均匀的淡黄色溶液；
（2）向淡黄色溶液中加入34 mg胆酸钠继续搅拌30 min，使用盐酸及氨水调节溶液的PH值为6；
（3）将上述溶液转移至100 ml的水热反应釜中，设定温度180 ℃并持续搅拌反应12 h后冷却至室温得到黑色液体；
（4）过滤黑色液体，并进行反复的醇洗及水洗后收集滤膜上的滤饼。
（5）将收集的滤饼在60℃下真空干燥12 h，得到180 mg黑色固体为二硫化钨纳米片，纳米片直径为500-1000 nm,厚度为10-30 nm。

Claims (1)

1.一种胆酸钠改进水热法制备二硫化钨纳米片的方法，其特征在于：
（1）称取200 mg钨酸和228 mg硫脲加入到60 ml去离子水中，搅拌直到固体完全溶解得到淡黄色溶液；
（2）向上述溶液中加入34-51 mg的胆酸钠并继续搅拌30 min后，使用盐酸及氨水调节溶液的pH 值为6；
（3）将混合溶液转移至一个100 ml的水热反应釜中，设定温度为180 ℃并持续搅拌反应8-12 h后冷却至室温，得到黑色液体；
（4）过滤黑色液体并将产物进行反复的醇洗及水洗，收集滤饼；
（5）将得到的滤饼在60℃真空条件下干燥12 h收集到黑色固体为二硫化钨纳米片。
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