本發(fā)明屬于半導(dǎo)體納米材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種采用一步燒結(jié)法制備具有大比表面積的N摻雜WS₂納米片的方法。

背景技術(shù)：

近幾年來(lái)，二維半導(dǎo)體材料因其獨(dú)特的物理與化學(xué)性質(zhì)成為納米材料研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)，其中以石墨烯為代表。石墨烯所帶來(lái)的新奇物理效應(yīng)及化學(xué)效應(yīng)引起了人們極大地關(guān)注。石墨烯雖然存在著諸多的優(yōu)勢(shì)，但由于其帶隙為零，限制了它在光電子領(lǐng)域的應(yīng)用。近年來(lái)過(guò)渡金屬硫化物材料因具有與石墨烯相似的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)，受到了研究者越來(lái)越多的關(guān)注和研究。這些具有半導(dǎo)體特征的金屬硫化物，被廣泛應(yīng)用于被廣泛的應(yīng)用于催化、儲(chǔ)氫、儲(chǔ)鋰等領(lǐng)域。

WS₂作為典型的過(guò)渡金屬硫化物，是一種具有間接帶隙的半導(dǎo)體材料，不僅如此它還具有類(lèi)似于石墨的層狀結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)使得WS₂具有特殊的光、電、熱等性能。此外WS₂作為固體潤(rùn)滑劑具有優(yōu)異的減摩，耐磨等性能?；赪S₂這些非常優(yōu)異的性能，越來(lái)越多的科學(xué)家投身于此，研發(fā)出各種各樣的制備方法。目前對(duì)于WS₂的制備主要采用射頻濺射法、模板法、水熱合成法、微波輔助合制備富勒烯結(jié)構(gòu)的納米WS₂的方法及其專用流化床反應(yīng)器，成、超聲化學(xué)合成等方法。目前已有的WS₂的制備方法專利如下：專利名稱為“一種制備富勒烯結(jié)構(gòu)的納米WS₂的方法及其專用流化床反應(yīng)器”，專利號(hào)為CN201310297126.5；中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）公開(kāi)的CN103741224A，專利申請(qǐng)名稱為“高純度高密度WS₂層片狀納米結(jié)構(gòu)的制備方法”；以及專利名稱為“一種富勒烯結(jié)構(gòu)納米WS₂的合成裝置、方法及用途”，專利號(hào)為ZL201210270378.4。

目前所提供的這些制備方法對(duì)于設(shè)備要求高、工藝復(fù)雜、成本昂貴、不利于器件的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。因此，非常有必要尋找一種設(shè)備要求低、工藝簡(jiǎn)單、成本廉價(jià)且能具有高效的重復(fù)性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺點(diǎn)而提供一種采用一步燒結(jié)法制備具有大比表面積的N摻雜WS₂納米片的方法，該方法制備工藝簡(jiǎn)單，成本廉價(jià)，而且可重復(fù)性高的具有較大比表面積N摻雜WS₂納米片的制備方法。

為解決本發(fā)明的技術(shù)問(wèn)題采用如下技術(shù)方案：

一種具有大比表面積的N摻雜WS₂納米片制備方法，在室溫下將硫脲和氯化鎢的混合物在酒精作用下制成膠體，膠體干燥后在氮?dú)猸h(huán)境下燒結(jié)得到具有大比表面積的N摻雜WS₂納米片。

上述具有大比表面積的N摻雜WS₂納米片制備方法，其具體步驟如下：

a）首先將氯化鎢放入容器中，然后向容器中加入硫脲，最后向容器中加入酒精得到的膠體；

b）將得到的膠體放入恒溫箱中，在70-100攝氏度下干燥；

c）將干燥好的樣品，放入瓷舟中，在100-200 sccm的氬氣環(huán)境下在540-560攝氏度的管式爐中燒結(jié)2-4小時(shí)后隨爐降溫得到具有大比表面積的N摻雜WS₂納米片。

其中氯化鎢與硫脲的質(zhì)量比1:1-6，每克硫脲加入酒精8-50ml。

所述步驟c）中管式爐從室溫到540-560攝氏度的升溫速率為8-12攝氏度/分鐘。

本發(fā)明是采用一步燒結(jié)法制備具有大比表面積的N摻雜WS₂納米片的方法，該方法制備工藝簡(jiǎn)單，成本廉價(jià)，而且可重復(fù)性高的具有較大比表面積N摻雜WS₂納米片的制備方法。制備的N摻雜WS₂納米片，不僅具有WS₂的優(yōu)異性能，而且具有較大的比表面積，使其的應(yīng)用更加廣泛，而且提供了一種簡(jiǎn)單的摻雜方法。制備方法要求的設(shè)備簡(jiǎn)單（管式爐），原料廉價(jià)，工藝簡(jiǎn)單易行，成本低，反應(yīng)條件可控，可重復(fù)性強(qiáng)，產(chǎn)品產(chǎn)量大。它不僅具有WS₂所具有的各種性能，而且具有較大的比表面積，使它的應(yīng)用更加廣泛。同時(shí)本發(fā)明可通過(guò)調(diào)節(jié)氯化鎢和硫脲的比例，得到不同比表面積的產(chǎn)品，得到的產(chǎn)品最大的比表面積為110m²/g。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明S 1.2 X射線衍射圖譜；

圖2為本發(fā)明S1.2的透射電鏡圖片；

圖3為本發(fā)明 S1.2的X射線光電子能譜；

圖4為本發(fā)明S 1.2的氮?dú)馕饺ノ角€；

圖5為本發(fā)明不同氯化鎢和硫脲的比例所得產(chǎn)品的X射線衍射圖譜。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明：

一種具有大比表面積的N摻雜WS₂納米片制備方法，其工藝為：在室溫下將硫脲和氯化鎢的混合物在酒精作用下制成膠體，膠體干燥后在氮?dú)猸h(huán)境下燒結(jié)得到具有大比表面積的N摻雜WS₂納米片。

實(shí)施例1

一種具有大比表面積的N摻雜WS₂納米片制備方法，具體步驟如下：將0.5 g 氯化鎢和2 g的硫脲放入燒杯中，然后向燒杯中逐滴加入25 ml的酒精。將得到的膠體，放入恒溫箱中，在70攝氏度下干燥。再將干燥好的膠體平鋪在干凈的瓷舟中并放入管式爐在100 sccm的氮?dú)庵袕氖覝匾?0攝氏度/分鐘的速度開(kāi)始上升，當(dāng)溫度達(dá)到540攝氏度時(shí)保溫兩個(gè)小時(shí)后，當(dāng)溫度降至室溫取出樣品，得到樣品N-WS₂利用X射線光電子能譜分析得到該樣品中N的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.2 at%，因此將該樣品命名為S 1.2。

實(shí)施例2

將0.5 g氯化鎢和0.5 g的硫脲放入燒杯中，然后向燒杯中逐滴加入25 ml的酒精。將得到的膠體，放入恒溫箱中，在80攝氏度下干燥。再將干燥好的膠體平鋪在干凈的瓷舟中并放入管式爐在100 sccm的氮?dú)庵袕氖覝匾?攝氏度/分鐘的速度開(kāi)始上升，當(dāng)溫度達(dá)到550攝氏度時(shí)保溫兩個(gè)小時(shí)后，當(dāng)溫度降至室溫取出樣品，得到樣品N-WS₂利用X射線光電子能譜分析得到該樣品中N的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3 at%，因此將該樣品命名為S 0.3。

實(shí)施例3

將0.5 g氯化鎢和1 g的硫脲放入燒杯中，然后向燒杯中逐滴加入25 ml的酒精。將得到的膠體，放入恒溫箱中，在80攝氏度下干燥。再將干燥好的膠體平鋪在干凈的瓷舟中并放入管式爐在100 sccm的氮?dú)庵袕氖覝匾?2攝氏度/分鐘的速度開(kāi)始上升，當(dāng)溫度達(dá)到550攝氏度時(shí)保溫兩個(gè)小時(shí)后，當(dāng)溫度降至室溫取出樣品，得到樣品N-WS₂利用X射線光電子能譜分析得到該樣品中N的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.6 at%，因此將該樣品命名為S 0.6。

實(shí)施例4

將0.5 g氯化鎢和3 g的硫脲放入燒杯中，然后向燒杯中逐滴加入24 ml的酒精。將得到的膠體，放入恒溫箱中，在100攝氏度下干燥。再將干燥好的膠體平鋪在干凈的瓷舟中并放入管式爐在200 sccm的氮?dú)庵袕氖覝匾?0攝氏度/分鐘的速度開(kāi)始上升，當(dāng)溫度達(dá)到560攝氏度時(shí)保溫四個(gè)小時(shí)后，當(dāng)溫度降至室溫取出樣品，得到樣品N-WS₂利用X射線光電子能譜分析得到該樣品中N的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.2 at%，因此將該樣品命名為S 1.8。

利用X射線衍射儀分析產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)，如圖1所示，我們從圖中明顯的看到五個(gè)衍射峰為分別為(002)，(012)，(104)，(110)和(202)。這些峰位對(duì)應(yīng)于六角結(jié)構(gòu)的WS₂（JCPDF84-1399，結(jié)果表明我們合成的產(chǎn)物為N-WS₂納米片。圖2為S1.2的透射電鏡圖片，圖2 為S 1.2的中透射電鏡圖片，從圖2a和圖2c中可以看出我們的樣品呈納米花狀，圖2b為S 1.2高分辨透射電鏡圖片，從圖中可以看出該樣品的晶格間距為0.19 nm對(duì)應(yīng)于WS₂的（012）面，并且可以看到我們的花瓣厚度為3層。圖2d-2f 分別為N，W和S的mapping圖片，從圖中可以看出N均勻的分布在該樣品中。進(jìn)一步的表明我們合成的樣品為N-WS₂納米片。圖3為S1.2的X射線光電子能譜，從圖3a的全譜圖中可以看出我們的樣品并沒(méi)有其它雜質(zhì)，只存在N，S，和W這三種元素，與我們圖二的mapping結(jié)果相符合。圖3b-3d為W，S，和W的精細(xì)譜，表明我們樣品只有這三種元素，并且從圖3d的N的擬譜可以看到在該樣品中出現(xiàn)了N-W鍵，表明我們成功地制備了N摻雜的WS₂納米片。結(jié)合圖1，圖2，圖3的結(jié)果表明我們成功地制備出了N-WS₂納米片。此外如圖4所示，我們利用氮?dú)馕饺ノ降姆椒y(cè)出S1.2樣品的比表面積為58.87 m²/g。如圖5所示，我們研究了不同N摻雜量的WS₂納米片，從圖中可以看出隨著硫脲量的增加，N-WS₂的衍射峰先逐漸增強(qiáng)，當(dāng)配比為S1.8時(shí)開(kāi)始減弱。