本發(fā)明涉及一種制備少層二硫化鎢納米片的膽酸鈉改進(jìn)水熱法。
背景技術(shù)：
二硫化鎢（WS2）是一種典型的過渡族金屬硫化物(TMD)，具有與石墨相似的層狀結(jié)構(gòu)，屬六方晶系。二硫化鎢晶體的單元層是由 S-W-S 三個(gè)平面層組成的，在單元層內(nèi)部，三棱形分布的硫原子把鎢原子包圍住，硫原子與鎢原子之間以很強(qiáng)的共價(jià)鍵聯(lián)系在一起，而層與層之間的結(jié)合力為范德華力，鍵合力弱。晶體的多態(tài)性是二硫化鎢的重要特性之一，體相結(jié)構(gòu)二硫化鎢為穩(wěn)定的2H-半導(dǎo)體相結(jié)構(gòu)，而二維片狀納米結(jié)構(gòu)二硫化鎢則為1T-金屬相結(jié)構(gòu)。由于表面效應(yīng)和介電效應(yīng)等原因，與體相二硫化鎢相比二硫化鎢納米片具備許多新的特性，在催化制氫、能量儲存、微電子器件等領(lǐng)域具備潛在的應(yīng)用價(jià)值。
近年來，國內(nèi)外對二硫化鎢納米片的制備方法進(jìn)行了大量研究，主要分為“由上至下”制備及“由下至上”制備兩類方法。目前研究較多的為“由上至下”的制備方法，Late使用機(jī)械剝離法，通過反復(fù)折疊一塊帶有二硫化鎢粉體的膠帶獲得了少層的二硫化鎢納米片。Yang等人將二硫化鎢粉體浸泡在含有正丁基鋰的正己烷溶液中并進(jìn)行加熱和超聲處理，獲得了超薄的片狀二硫化鎢。愛爾蘭的ColemanJ.N等人提出了水相超聲剝離法，將二硫化鎢粉體浸泡在含異丙醇或膽酸鈉的水溶液中，對其進(jìn)行超聲處理，從粉體表面剝離出單層二硫化鎢納米片。以上介紹的方法存在著制備效率低、制備工藝繁瑣、制備出的二硫化鎢納米片厚度不均等問題，難以大范圍的推廣應(yīng)用。本發(fā)明專利提供了一種合成二硫化鎢納米片的改進(jìn)水熱法，采用鎢酸和硫脲作為原料，膽酸鈉作為液相體系中的表面活性劑，在合適的溫度下進(jìn)行一步水熱反應(yīng)直接制備二硫化鎢納米片。
這種方法克服了剝離法操作繁瑣、產(chǎn)率極低、產(chǎn)物形態(tài)不均一等不足，簡化了二硫化鎢納米片“由下至上”制備和分離工藝，產(chǎn)物形態(tài)均一，產(chǎn)物收率高，為納米結(jié)構(gòu)二硫化鎢的宏量制備、性能研究及工業(yè)化應(yīng)用開拓了新的技術(shù)途徑。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種制備二硫化鎢納米片簡單的改進(jìn)水熱法。在該水熱體系中，鎢酸與硫脲分別作為鎢源及硫源，膽酸鈉作為表面活性劑，通過控制水熱合成過程中的溫度使表面活性劑形成層狀膠束，鎢酸和硫脲在液相中進(jìn)行反應(yīng)并以層狀膠束作為模板成核及生長，從而形成二維納米片狀二硫化鎢。反應(yīng)方程式如下所示：
本發(fā)明的一種制備二硫化鎢納米片的膽酸鈉改進(jìn)水熱法，其特征在于：
首先稱取200 mg鎢酸和228 mg硫脲（鎢酸和硫脲的摩爾比為1:4）加入到60 ml去離子水中，攪拌直到固體完全溶解得到淡黃色溶液；向上述溶液中加入一定量的膽酸鈉(34-51 mg)并繼續(xù)攪拌30 min后，使用鹽酸及氨水調(diào)節(jié)溶液的PH值為6；將混合溶液轉(zhuǎn)移至一個(gè)100 ml的水熱反應(yīng)釜中，設(shè)定溫度為180 ℃并持續(xù)攪拌反應(yīng)8-12 h后冷卻至室溫，得到黑色液體；過濾黑色液體并將產(chǎn)物進(jìn)行反復(fù)的醇洗及水洗，收集濾餅；將得到的濾餅在60℃真空條件下干燥12 h收集到黑色固體為二硫化鎢納米片。該方法的優(yōu)勢在于提供了一種簡單的一步水熱法發(fā)制備出了形貌較好的二硫化鎢納米片，與傳統(tǒng)的“由上至下”制備方法相比水熱法的工藝簡單且產(chǎn)物量多，方便后續(xù)的相關(guān)性能研究和工業(yè)化推廣。
本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的設(shè)計(jì)了以下技術(shù)方案：
（1）稱取200 mg鎢酸和228 mg硫脲加入到100 ml燒杯中，向其中加入60 ml去離子水并攪拌得到均勻的淡黃色溶液；
（2）向淡黃色溶液中加入34 mg膽酸鈉繼續(xù)攪拌30 min，使用鹽酸及氨水調(diào)節(jié)溶液的PH值為6；
（3）將上述溶液轉(zhuǎn)移至100 ml的水熱反應(yīng)釜中，設(shè)定溫度180℃并持續(xù)攪拌反應(yīng)8 h后冷卻至室溫得到黑色液體；
（4）過濾黑色液體，并進(jìn)行反復(fù)的醇洗及水洗后收集濾膜上的濾餅。
（5）將收集的濾餅在60℃下真空干燥12 h，得到180 mg黑色固體為二硫化鎢納米片，納米片直徑為400-800 nm,厚度約為1-10 nm。
本發(fā)明的有益效果是：在水熱反應(yīng)中加入了表面活性劑，顯著的降低了體系的表面張力，為二維納米片結(jié)構(gòu)在液相中穩(wěn)定存在提供了特定的微環(huán)境；選擇膽酸鈉作為表面活性劑，膽酸鈉的膠束濃度會隨著溫度而變化，因此可以通過調(diào)整水熱反應(yīng)的溫度控制膽酸鈉形成層狀膠束，二硫化鎢以此層狀膠束為模板進(jìn)而成核生長為二維片狀結(jié)構(gòu)；水熱法制備二硫化鎢納米片的效率高，產(chǎn)量大，而且水熱法對環(huán)境及設(shè)備的要求相對較低，比其它方法更適合推廣工業(yè)化使用，為二硫化鎢納米片的性能研究及其在各大領(lǐng)域的應(yīng)用開拓了道路。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1：
（1）稱取200 mg鎢酸和228 mg硫脲加入到100 ml燒杯中，向其中加入60 ml去離子水并攪拌得到均勻的淡黃色溶液；
（2）向淡黃色溶液中加入34 mg膽酸鈉繼續(xù)攪拌30 min，使用鹽酸及氨水調(diào)節(jié)溶液的PH值為6；
（3）將上述溶液轉(zhuǎn)移至100 ml的水熱反應(yīng)釜中，設(shè)定溫度180℃并持續(xù)攪拌反應(yīng)8 h后冷卻至室溫得到黑色液體；
（4）過濾黑色液體，并進(jìn)行反復(fù)的醇洗及水洗后收集濾膜上的濾餅。
（5）將收集的濾餅在60℃下真空干燥12 h，得到180 mg黑色固體為二硫化鎢納米片，納米片直徑為400-800 nm,厚度約為5 nm。
實(shí)施例2：
（1）稱取200 mg鎢酸和228 mg硫脲加入到100 ml燒杯中，向其中加入60 ml去離子水并攪拌得到均勻的淡黃色溶液；
（2）向淡黃色溶液中加入51 mg膽酸鈉繼續(xù)攪拌30 min，使用鹽酸及氨水調(diào)節(jié)溶液的PH值為6；
（3）將上述溶液轉(zhuǎn)移至100 ml的水熱反應(yīng)釜中，設(shè)定溫度180℃并持續(xù)攪拌反應(yīng)8 h后冷卻至室溫得到黑色液體；
（4）過濾黑色液體，并進(jìn)行反復(fù)的醇洗及水洗后收集濾膜上的濾餅。
（5）將收集的濾餅在60℃下真空干燥12 h，得到180 mg黑色固體為二硫化鎢納米片，納米片直徑為50-200 nm,厚度約為1-10 nm。
實(shí)施例3：
（1）稱取200 mg鎢酸和228 mg硫脲加入到100 ml燒杯中，向其中加入60 ml去離子水并攪拌得到均勻的淡黃色溶液；
（2）向淡黃色溶液中加入34 mg膽酸鈉繼續(xù)攪拌30 min，使用鹽酸及氨水調(diào)節(jié)溶液的PH值為6；
（3）將上述溶液轉(zhuǎn)移至100 ml的水熱反應(yīng)釜中，設(shè)定溫度180 ℃并持續(xù)攪拌反應(yīng)12 h后冷卻至室溫得到黑色液體；
（4）過濾黑色液體，并進(jìn)行反復(fù)的醇洗及水洗后收集濾膜上的濾餅。
（5）將收集的濾餅在60℃下真空干燥12 h，得到180 mg黑色固體為二硫化鎢納米片，納米片直徑為500-1000 nm,厚度為10-30 nm。