CN112811469A - 一种单层或少层二硫化钨纳米材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种单层或少层二硫化钨纳米材料的制备方法，将六氯化钨加入到乙醇溶液中磁力搅拌至完全溶解形成黄色的澄清溶液A；在溶液A中加入硫代乙酰胺搅拌均匀形成混合溶液；将混合溶液转移至聚四氟乙烯反应釜进行均相反应，反应结束后自然冷却至室温；取出产物依次采用无水乙醇和去离子水洗涤并离心分离后冷冻干燥得到单层或少层二硫化钨纳米材料。本发明避开了传统的剥离手段，或者复杂的工艺条件制备出单层或少层的二硫化钨纳米材料。利用低温溶剂热反应，通过控制反应时间而制备出单层或少层的二硫化钨纳米材料，其具有更多的活性位点和更大的比表面积。为高效简单的制备单层或少层二硫化钨纳米材料提供了另一条思路。

Description

一种单层或少层二硫化钨纳米材料的制备方法
技术领域
本发明涉及二硫化钨纳米材料制备的技术领域，具体涉及一种单层或少层二硫化钨纳米材料的制备方法。
背景技术
二维层状纳米材料主要包括石墨烯、二维过渡金属硫化合物等。二维过渡金属硫化物主要是通过范德华力将其层与层之间相互连接起来的，这种作用力相对较弱，使得其层间易剥离，形成纳米片层结构。二维过渡金属硫化物成层状结构，以X-M-X的形式存在，过渡族金属原子将硫族元素原子间隔开来，形成三明治结构。过渡金属硫化物凭借这种特殊结构，大量出现在能源、环境保护、机械摩擦、生物医学等领域里面。过渡金属硫化钨纳米材料现在受到研究人员的热捧，尤其是以二硫化钼、二硫化钨的纳米片为主。单层或少层的二硫化钨因具有更多的活性位点和更大的比表面积受到研究者的青睐。
目前报道出的单层或少层WS2纳米材料的制备方法主要有液相超声剥离法，主要是将二硫化钨粉体通过超声后进一步收集沉淀，反复多次收集剥离后的二硫化钨纳米材料，显然，这种方法效率较低。另外，有报道通过静电纺丝和高温分解的方法利用(NH4)2WS4，但其工艺十分繁琐，不适用于大规模的工艺制备。
发明内容
本发明的目的在于提供一种简单的低温液相合成单层或少层二硫化钨纳米材料的制备方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
步骤一：将2.38～4.76g六氯化钨加入到30～60mL的乙醇溶液中磁力搅拌至完全溶解形成黄色的澄清溶液A；
步骤二：在溶液A中加入2.25～9.02g硫代乙酰胺搅拌均匀形成混合溶液；
步骤三：将上述混合溶液转移至100mL聚四氟乙烯反应釜进行均相反应，反应温度为120～160℃，反应时间为4～24h，反应结束后自然冷却至室温；
步骤四：打开反应釜，取出产物依次采用无水乙醇和去离子水洗涤并离心分离后置于温度为-40～-70℃，真空度为10～40Pa冷冻干燥机内干燥得到单层或少层二硫化钨纳米材料。
所述步骤一六氯化钨的浓度为0.2mol/L。
所述步骤一磁力搅拌速度为300～800r/min，搅拌时间15～60min。
所述步骤二加入的硫代乙酰胺与六氯化钨的摩尔比为5～10：1。
所述步骤四采用无水乙醇和去离子水重复洗涤4～6次。
本发明避开了传统的剥离手段，或者复杂的工艺条件制备出单层或少层的二硫化钨纳米材料，其具有更多的活性位点和更大的比表面积。为高效简单的制备单层或少层二硫化钨纳米材料提供了另一条思路。
附图说明
图1为本发明实施例3制备的单层或少层二硫化钨纳米材料的X-射线衍射(XRD)图谱。
图2为本发明实施例3制备的单层或少层二硫化钨纳米材料的扫描电镜(SEM)照片。
图3为本发明实施例3制备的单层或少层二硫化钨纳米材料的高分辨率透射电镜(HRTEM)照片。
具体实施方式：
实施例1
步骤一：将4.76g六氯化钨加入60mL乙醇溶液中磁力搅拌至完全溶解形成黄色的澄清溶液A，搅拌速度为800r/min，搅拌时间60min；
步骤二：在溶液A中加入9.02g硫代乙酰胺搅拌均匀形成均一混合溶液；
步骤三：将上述溶液转移至100mL聚四氟乙烯反应釜进行均相反应，反应温度为160℃，反应时间为24h，反应结束后自然冷却至室温；
步骤四：打开反应釜，取出产物依次采用无水乙醇和去离子水洗涤并离心分离，重复洗涤6次后置于温度为-70℃，真空度为40Pa冷冻干燥机内干燥即得黑色粉体即为单层或少层二硫化钨纳米材料。
实施例2
步骤一：将2.38g六氯化钨加入30mL乙醇溶液中磁力搅拌至完全溶解形成黄色的澄清溶液A，搅拌速度为300r/min，搅拌时间15min；
步骤二：在溶液A中加入2.25g硫代乙酰胺搅拌形成均一混合溶液；
步骤三：将上述溶液转移至100mL聚四氟乙烯反应釜进行均相反应，反应温度为120℃，反应时间为4h，反应结束后自然冷却至室温。
步骤四：打开反应釜，取出产物依次采用无水乙醇和去离子水洗涤并离心分离，重复洗涤4次后置于温度为-40℃，真空度为10Pa冷冻干燥机内干燥即得黑色粉体即为单层或少层二硫化钨纳米材料。
实施例3
步骤一：将4.76g六氯化钨加入60mL乙醇溶液中磁力搅拌至完全溶解形成黄色的澄清溶液A，搅拌速度为800r/min，搅拌时间60min；
步骤二：在溶液A中加入4.50g硫代乙酰胺搅拌形成均一混合溶液；
步骤三：将上述溶液转移至100mL聚四氟乙烯反应釜进行均相反应，反应温度为160℃，反应时间为24h，反应结束后自然冷却至室温；
步骤四：打开反应釜，取出产物依次采用无水乙醇和去离子水洗涤并离心分离，重复洗涤6次后置于温度为-40℃，真空度为30Pa冷冻干燥机内干燥即得黑色粉体即为单层或少层二硫化钨纳米材料。
图1为实施例3所制备的单层或少层二硫化钨材料的X-射线衍射(XRD)图谱。样品与JCPDS编号为08-0237的六方晶系的二硫化钨结构一致，说明该方法制备的二硫化钨纯度较高，无其他杂相存在。
图2为实施例3所制备的单层或少层二硫化钨材料的扫描电镜(SEM)照片。可以看出其表面非常光滑。
图3为实施例3所制备的单层或少层二硫化钨材料的高分辨率透射电镜(HRTEM)照片。可以清晰地看见单层或少层二硫化钨纳米片的存在，其层间距为约0.62nm对应于二硫化钨(002)晶面，与XRD所得到的结果一致。
本发明提供了一种简单方法低温制备单层或少层的二硫化钨纳米材料。其优势在于避开的传统的剥离手段，或者复杂的工艺条件就可以制备出单层或少层的二硫化钨纳米材料，其具有更多的活性位点和更大的比表面积。为高效简单的制备单层或少层二硫化钨纳米材料提供了另一条思路。该制备方法简单易操作，工艺参数易控制，适用范围广，极大的缩短了反应时间，提高了反应效率，重复性高，产量高。
实施例4
步骤一：将3.97g六氯化钨加入50mL乙醇溶液中磁力搅拌至完全溶解形成黄色的澄清溶液A，搅拌速度为500r/min，搅拌时间30min；
步骤二：在溶液A中加入6.01g硫代乙酰胺搅拌形成均一混合溶液；
步骤三：将上述溶液转移至100mL聚四氟乙烯反应釜进行均相反应，反应温度为140℃，反应时间为12h，反应结束后自然冷却至室温；
步骤四：打开反应釜，取出产物依次采用无水乙醇和去离子水洗涤并离心分离，重复洗涤5次后置于温度为-60℃，真空度为25Pa冷冻干燥机内干燥即得黑色粉体即为单层或少层二硫化钨纳米材料。
实施例5
步骤一：将3.57g六氯化钨加入45mL乙醇溶液中磁力搅拌至完全溶解形成黄色的澄清溶液A，搅拌速度为600r/min，搅拌时间60min；
步骤二：在溶液A中加入4.06g硫代乙酰胺搅拌形成均一混合溶液；
步骤三：将上述溶液转移至100mL聚四氟乙烯反应釜进行均相反应，反应温度为130℃，反应时间为18h，反应结束后自然冷却至室温；
步骤四：打开反应釜，取出产物依次采用无水乙醇和去离子水洗涤并离心分离，重复洗涤6次后置于温度为-50℃，真空度为10Pa冷冻干燥机内干燥即得黑色粉体即为单层或少层二硫化钨纳米材料。

Claims (5)

1.一种单层或少层二硫化钨纳米材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一：将2.38～4.76g六氯化钨加入到30～60mL的乙醇溶液中磁力搅拌至完全溶解形成黄色的澄清溶液A；
步骤二：在溶液A中加入2.25～9.02g硫代乙酰胺搅拌均匀形成混合溶液；
步骤三：将上述混合溶液转移至100mL聚四氟乙烯反应釜进行均相反应，反应温度为120～160℃，反应时间为4～24h，反应结束后自然冷却至室温；
步骤四：打开反应釜，取出产物依次采用无水乙醇和去离子水洗涤并离心分离后置于温度为-40～-70℃，真空度为10～40Pa冷冻干燥机内干燥得到单层或少层二硫化钨纳米材料。
2.根据权利要求1所述的单层或少层二硫化钨纳米材料的制备方法，其特征在于：所述步骤一六氯化钨的浓度为0.2mol/L。
3.根据权利要求1所述的单层或少层二硫化钨纳米材料的制备方法，其特征在于：所述步骤一磁力搅拌速度为300～800r/min，搅拌时间15～60min。
4.根据权利要求1所述的单层或少层二硫化钨纳米材料的制备方法，其特征在于：所述步骤二加入的硫代乙酰胺与六氯化钨的摩尔比为5～10：1。
5.根据权利要求1所述的单层或少层二硫化钨纳米材料的制备方法，其特征在于：所述步骤四采用无水乙醇和去离子水重复洗涤4～6次。
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