納米復(fù)合材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[000? ]本發(fā)明屬于金屬鉬技術(shù)領(lǐng)域，涉及二硫化鉬復(fù)合材料，具體涉及一種層狀M0S2-SnO2納米復(fù)合材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]由單層或少層二硫化鉬構(gòu)成的類石墨稀二硫化鉬(Graphene-1ike M0S2)是一種具有類似石墨烯結(jié)構(gòu)和性能的新型二維(2D)層狀化合物，近年來以其獨特的物理、化學(xué)性質(zhì)而成為新興的研究熱點。類石墨烯二硫化鉬是由六方晶系的單層或多層二硫化鉬組成的具有“三明治夾心”層狀結(jié)構(gòu)的二維晶體材料，單層二硫化鉬由三層原子層構(gòu)成，中間一層為鉬原子層，上下兩層均為硫原子層，鉬原子層被兩層硫原子層所夾形成類“三明治”結(jié)構(gòu)，鉬原子與硫原子以共價鍵結(jié)合形成二維原子晶體；多層二硫化鉬由若干單層二硫化鉬組成，一般不超過五層，層間存在弱的范德華力，層間距約為0.65nm。
[0003]作為一類重要的二維層狀納米材料，單層或少層二硫化鉬以其獨特的“三明治夾心”層狀結(jié)構(gòu)在潤滑劑、催化、能量存儲、復(fù)合材料等眾多領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。相比于石墨烯的零能帶隙，類石墨烯二硫化鉬存在可調(diào)控的能帶隙，在光電器件領(lǐng)域擁有更光明的前景;相比于硅材料的三維體相結(jié)構(gòu)，類石墨烯二硫化鉬具有納米尺度的二維層狀結(jié)構(gòu)，可被用來制造半導(dǎo)體或規(guī)格更小、能效更高的電子芯片，將在下一代的納米電子設(shè)備等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。
[0004]二硫化鉬由于其較高的理論容量，被認(rèn)為是下一代鋰離子電池負(fù)極材料的替代品，近些年來已經(jīng)被廣大科研工作者所研究。但是由于鋰離子充放電過程中帶來的體積應(yīng)力會對硫化鉬納米負(fù)極材料的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生很大的破壞，從而帶來電池容量的迅速降低。因此，通過制備出具有一定結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的納米材料成為解決上述問題的關(guān)鍵。
[0005]SnO2作為一種極為成功的η型寬禁帶半導(dǎo)體(Eg = 3.8eV)，有著注入成本低，毒性低，化學(xué)穩(wěn)定性好等特點，一直在氣體傳感，裡離子電池以及場發(fā)射器件上有著廣泛的應(yīng)用。所以，若將層狀結(jié)構(gòu)MoS2和SnO2進(jìn)行復(fù)合，形成MoS2-SnO2異質(zhì)結(jié)納米材料，則在此體系中，層狀結(jié)構(gòu)的MoS2作為P型窄禁帶半導(dǎo)體(Eg= 1.8eV) ,MoS2和SnO2會在復(fù)合接觸處形成P-n異質(zhì)結(jié)，從而抑制了電子-空穴負(fù)荷率，增大了比表面積并且增多了有效場發(fā)射點，這對MoS2在光催化和場發(fā)射等方面的性能有著較大的提升，從而使其成為一種極具潛力的異質(zhì)結(jié)復(fù)合材料。
[0006]公布號為CN201410086264A的中國發(fā)明專利公開了采用溶劑熱結(jié)合煅燒的方法制備了用作鋰離子電池負(fù)極材料的二氧化鈦或二氧化錫納米管與二硫化鉬納米片的納米異質(zhì)結(jié)。
[0007]公布號為CN201410542132A的中國發(fā)明專利公開了三維MoS2-SnO2異質(zhì)半導(dǎo)體納米材料及其制備方法，首先利用水熱合成法合成M0S2納米花晶體，以該M0S2納米花作為基底材料，用水熱合成法在M0S2納米薄片上均勾地生長出Sn02納米棒，得到三維MoS2_Sn02異質(zhì)半導(dǎo)體納米材料。
[0008]雖然米用上述方法制得了 MoS2-SnC>2復(fù)合納米材料，但其米用水熱法制備M0S2，流程復(fù)雜，能耗大，不適合工業(yè)化生產(chǎn)，且對于采用MoS2粉末作為原料制備層狀復(fù)合材料沒有提出有效解決方法，而對于礦產(chǎn)資源豐富的MoS2材料，對其進(jìn)行合理化、高值化利用是目前發(fā)展的趨勢。因此，探索一種采用MoS2粉末作為原料制備層狀MoS2-SnO2納米復(fù)合材料的簡易方法十分必要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]基于現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提出了一種層狀MoS2-SnO2納米復(fù)合材料的制備方法，獲得具有納米尺度、性能優(yōu)越的層狀MoS2-SnO2納米復(fù)合材料，解決現(xiàn)有的MoS2-SnO2復(fù)合材料制備流程復(fù)雜，能耗大，不適合工業(yè)化生產(chǎn)，且為顆粒狀使得光催化和潤滑性能較差的技術(shù)問題。
[0010]需要說明的是本申請中的層狀MoS2-SnO2納米復(fù)合材料中的MoS2是單層或少層MoS2納米材料，所述的少層指的是2層至5層。
[0011]為了解決上述技術(shù)問題，本申請采用如下技術(shù)方案予以實現(xiàn):
[00?2] —種層狀MoS2_Sn02納米復(fù)合材料的制備方法，該方法包括以下步驟:
[0013]步驟一，將二硫化鉬粉末加入分層溶液中進(jìn)行分層反應(yīng)，形成混合液；
[0014]步驟二，在混合溶液中加入氧化劑進(jìn)行氧化插層反應(yīng)，然后攪拌下加入SnO2納米粉末，繼續(xù)攪拌均勾后得到插層MoS2_Sn02混合粉末；
[0015]步驟三，將插層MoS2-SnO2混合粉末與爆炸劑混合，進(jìn)行爆炸反應(yīng)，冷卻至室溫后取出爆炸反應(yīng)產(chǎn)物，即得到層狀MoS2-SnO2納米復(fù)合材料。
[0016]本發(fā)明還具有如下區(qū)別技術(shù)特征:
[0017]所述的分層溶液為芳香族硫醚的乙醇溶液;所述的氧化劑為高錳酸鉀;所述的爆炸劑為苦味酸。
[0018]所述的芳香族硫醚為聚苯硫醚或芳香族二胺單體硫醚，芳香族硫醚的乙醇溶液的質(zhì)量濃度為10%?60%。
[0019]步驟一中，所述的分層反應(yīng)的具體過程為:將二硫化鉬粉末研磨至200目過篩，將二硫化鉬粉末加入芳香族硫醚的乙醇溶液中，加熱至30?50°C并攪拌5?12h，形成混合液。
[0020]步驟一中，所述的二硫化鉬粉末與芳香族硫醚的質(zhì)量比為1:(10?40)。
[0021 ]所述的步驟二的具體過程為:在混合溶液中加入KMnO4粉末，水浴加熱至50?90 °C并攪拌2?5h，在攪拌下加入Sn02納米粉末，繼續(xù)攪拌I?3h，過濾并烘干，得到插層M0S2-Sn02混合粉末。
[0022]步驟二中，所述的高錳酸鉀與混合液中的二硫化鉬的的質(zhì)量比為(0.5?3):1。
[0023]步驟二中，所述的SnO2納米粉末與混合液中的二硫化鉬的的質(zhì)量比為(0.3?2):1o
[0024]步驟二中，所述的Sn02納米粉末的制備過程采用文獻(xiàn)Integrated process oflarge-scale and size-controlled Sn〇2nanoparticles by hydrothermal method(Trans.Nonferrous Met.Soc.China，23 (2013)725-730)的水熱制備方法:將氨水滴入SnCl4.5H20溶液(SnCl4濃度為0.5?2mol/L)中，調(diào)節(jié)Ph為8?10，將溶液置于反應(yīng)釜中，在160?240 °C下加熱4?24h，冷卻后過濾、清洗、烘干，即得到SnO2納米粉末。
[0025]步驟二中，所述的Sn02納米粉末的粒徑在10?20nm。
[0026]步驟三中，所述的爆炸反應(yīng)的具體過程為:將插層MoS2-SnO2混合粉末與爆炸劑混合均勻，裝入高壓反應(yīng)釜中，將高壓反應(yīng)釜抽真空并通入氬氣，加熱至350?600°C發(fā)生爆炸反應(yīng)，隨爐冷卻至室溫后取出爆炸反應(yīng)物，即得到層狀MoS2-SnO2納米復(fù)合材料。
[0027]步驟三中，所述的插層MoS2-SnO2混合粉末與苦味酸的質(zhì)量比1:(0.5?3)。
[0028]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，有益的技術(shù)效果是:
[0029](I)本發(fā)明利用芳香族硫醚的親硫特性，降低二硫化鉬原料粉末的層間范德華力，結(jié)合爆炸沖擊對其進(jìn)行插層剝離。采用此方法制備層狀MoS2-SnO2納米復(fù)合材料，操作簡單，不需要復(fù)雜而繁瑣的制備裝置，不但制備效率高，產(chǎn)量大。
[0030]( Π )本發(fā)明制備的產(chǎn)物為具有高載流子迀移率的層狀二硫化鉬與SnO2納米顆粒復(fù)合的納米材料，且SnO2納米顆粒均勻附著在單層二硫化鉬片層上，提升了其催化加氫和潤滑性能，大大擴(kuò)展了二硫化鉬的應(yīng)用范圍。
[0031](ΙΠ)本發(fā)明制備層狀MoS2-SnO2納米復(fù)合材料，操作簡單，不需要復(fù)雜而繁瑣的制備裝置，適合工業(yè)化生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0032]圖1是實施例1中的層狀MoS2-SnO2納米復(fù)合材料的Raman圖譜。
[0033]圖2是實施例1中中的層狀MoS2-SnO2納米復(fù)合材料的TEM圖。
[0034]圖3是對比例I中的MoS2-SnO2復(fù)合材料的Raman圖譜。
[0035]圖4是對比例I中的MoS2-SnO2復(fù)合材料的TEM圖。
[0036]以下結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的具體內(nèi)容作進(jìn)一步詳細(xì)地說明。
【具體實施方式】
[0037]遵從上述技術(shù)方案，以下給出本發(fā)明的具體實施例，需要說明的是本發(fā)明并不局限于以下具體實施例，凡在本申請技術(shù)方案基礎(chǔ)上做的等同變換均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0038]實施例1:
[0039]本實施例給出一種層狀MoS2-SnO2納米復(fù)合材料的制備方法，該方法具體包括以下步驟:
[0040]步驟一，取1g二硫化鉬粉末研磨至200目過篩，將其加入質(zhì)量濃度為10%、含有10g聚苯硫醚的乙醇溶液中，水浴加熱至30 °C并攪拌12h，得到混合液。
[0041 ]步驟二，在混合液中加入5g KMnO4粉末，水浴加熱至50°C并攪拌5h，在快速攪拌下加入3g Sn02納米粉末，繼續(xù)攪拌Ih，過濾并將濾餅烘干，得到6.5g插層MoS2_Sn02混合粉末。
[0042]步驟三，取3g插層MoS2-SnO2混合粉末與1.5g苦味酸按混合均勻裝入高壓反應(yīng)釜中，抽真空并通入氬氣，將反應(yīng)釜加熱至500°C發(fā)生爆炸，隨爐冷卻至室溫后取出爆炸反應(yīng)物，即得到層狀MoS2-SnO2納米復(fù)合材料。
[0043]本實施例所制備的層狀MoS2-SnO2納米復(fù)合材料Raman圖譜如圖1所示，高分辨率TEM圖如圖2所示。
[0044]圖1中Raman圖譜中E2g1與Ag1值分別為383.78和405.21，位移差為21.43，屬于少層結(jié)構(gòu)MoS2，表明本實施例所制備樣品中MoS2為層狀材料。
[0045]圖2中高分辨率TEM圖顯示出SnO2顆粒與層狀MoS2納米片復(fù)合為一體。
[0046]綜合附圖可以得出本實施例所制備的樣品為層狀MoS2-SnO2納米復(fù)合材料。
[0047]實施例2:
[0048]本實施例給出一種層狀MoS2-SnO2納米復(fù)合材料的制備方法，該方法具體包括以下步驟:
[0049]步驟一，取1g二硫化鉬粉末研磨至200目過篩，將其加入質(zhì)量濃度為20%、含有200g聚苯硫醚的乙醇溶液中，水浴加熱至40°C并攪拌10h，得到混合液。
[0050]步驟二，在混合液中加入1gKMnO4粉末，水浴加熱至60°C并攪拌4.5h，在快速攪拌下加入6g Sn02納米粉末，繼續(xù)攪拌1.5h，過濾并將濾餅烘干，得到8g插層MoS2_Sn02混合粉末。
[0051 ] 步驟三，取3g插層MoS2-SnO2混合粉末與3g苦味酸按混合均勻裝入高壓反應(yīng)釜中，抽真空并通入氬氣，將反應(yīng)釜加熱至480°C發(fā)生爆炸，隨爐冷卻至室溫后取出爆炸反應(yīng)物，即得到層狀MoS2-SnO2納米復(fù)合材料。
[0052]本實施例所得產(chǎn)物層狀MoS2-SnO2納米復(fù)合材料的性狀與實施例1基本相同。
[0053]實施例3:
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