[發明專利]超聲?砂磨耦合剝離輝鉬礦制備二硫化鉬納米片的方法

有效

• 申請號: 201610391619.9
• 申請日: 2016-06-06
• 公開（公告）號: CN106044856B
• 公開（公告）日: 2017-12-08
• 發明（設計）人: 陳德良;董會娜;張銳;盧紅霞;許紅亮;王海龍;范冰冰;邵剛;王志強;王凱;張緒圭;荊慧娟;榮曉茹
• 申請（專利權）人: 鄭州大學
• 主分類號: C01G39/06
• 分類號: C01G39/06;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 鄭州聯科專利事務所(普通合伙)41104
• 代理人: 時立新,郭麗娜

技術領域

本發明屬于納米材料加工技術領域，具體涉及到一種超聲-砂磨耦合剝離輝鉬礦制備二硫化鉬納米片的方法。

背景技術

MoS₂納米片及其復合材料具有豐富的物理化學特性，在催化、能源轉換與儲存、環境凈化、潤滑等領域有重要應用。塊體MoS₂為間接能隙半導體（E_g=1.2 eV），而其單層結構則變為能隙為1.8 eV 的直接能隙半導體[Nano Lett. 2011, 11, 5111-5116]，具有熒光特性，可作生物標識劑，也是高效的太陽光吸收劑。尤其，MoS₂納米晶具有優異的電催化產氫催化性能，有望部分取代Pt 等貴金屬，將大幅降低使用成本 [Nano Lett. 2014, 14, 553-558]。此外，MoS₂基納米復合材料可做鋰（鈉）離子電池的電極[ACS Appl. Mater. Interfaces 2014, 6, 7084-7089]。寡層MoS₂納米片（Few-layer MoS₂ nanoplates）的可控宏量制備及其性能調控是目前國際研究的熱點與前沿。

廉價、綠色可控宏量的制備MoS₂納米片基材料具有重要理論與應用價值。目前MoS₂納米片的制備主要有兩種：自下而上與自上而下途徑。自下而上途徑包括水熱、化學氣相沉積、熱分解等方法[Electrochimica Acta. 2014, 132, 397-403; Scientific reports, 2013, 3, 1866-1871; Small, 2012, 8, 966-971]，這些方法的特點在于形貌易調控，但設備、過程復雜，條件苛刻，難以大批量生產。自上而下途徑包括微機械剝離、電化學剝離、離子插層、液相超聲等[Acc. Chem. Res. 2014, 47, 1067-1075; Materials Letters.2014, 121, 31-35; Small. 2015, 11, 605-612; Science, 2013, 340, 1226419.]，迄今這些剝離方法多數存在產率較低、插層程度難控制、剝離過程不綠色等問題，制約了二硫化鉬基納米材料的廣泛應用。

專利（201210512991.2一種二硫化鉬納米顆粒及其制備方法與應用）采用離子液體或有機溶劑為介質，先研磨然后再超聲輔助處理得到二硫化鉬納米顆粒。這種研磨和超聲分開的間歇式方法，存在剝離周期長、剝離效率低、成本高等缺點，同時所得產物的形貌不易控制，難以得到高徑厚比、高比表面積的二硫化鉬納米片結構。

發明內容

本發明的目的在于提供一種采用砂磨與超聲耦合作用大規模剝離輝鉬礦制備寡層二硫化鉬納米片的方法。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

超聲-砂磨耦合剝離輝鉬礦制備二硫化鉬納米片的方法，包括以下步驟：1）將輝鉬礦微粉分散于剝離溶劑中形成懸浮液；

2）將分散劑、剝離助劑溶解于步驟1）的懸浮液中超聲分散；

3）步驟2）超聲分散后的懸浮液同時在超聲、砂磨耦合作用下連續剝離得到二硫化鉬納米片。此時二硫化鉬納米片分散在懸浮液中，剝離后的懸浮液可以經過進一步后處理制得粉狀的二硫化鉬納米片。后處理過程為：靜置、離心分級、洗滌、冷凍干燥。離心分級時離心轉速為1500-10000 rpm。

剝離溶劑為N-甲基吡絡烷酮，分散劑為聚乙烯吡咯烷酮，剝離助劑為NaOH或NaCl。

輝鉬礦微粉的粒度為5-50微米，二硫化鉬的含量在99.8%以上。

步驟1）懸浮液中輝鉬礦微粉的固含量為10-60 g/L；步驟2）中分散劑（PVP重復單體）與輝鉬礦微粉的摩爾比為0.1-1，剝離助劑與輝鉬礦微粉的摩爾比為0-1。

步驟3）中超聲的功率為200-350 W，砂磨機的轉速為1500-2250 rpm，耦合作用的時間為0.5-6 h。