[發明專利]一種2H相單層二硫化鎢納米片的制備方法

有效

• 申請號: 201610698730.2
• 申請日: 2016-08-22
• 公開（公告）號: CN106335927B
• 公開（公告）日: 2018-03-06
• 發明（設計）人: 常焜;湯宏偉;李苞;上官恩波;常照榮
• 申請（專利權）人: 河南師范大學
• 主分類號: C01G41/00
• 分類號: C01G41/00;B82Y40/00
• 代理公司: 新鄉市平原專利有限責任公司41107
• 代理人: 路寬

技術領域

本發明屬于二硫化鎢納米材料的合成技術領域，具體涉及一種2H相單層二硫化鎢納米片的制備方法。

背景技術

二硫化鎢與二硫化鉬結構相同，都是典型三明治層狀結構，由于其層間相對較弱的范德華力，也可以剝離成單層或少層數的納米片，被認為是另外一種相當重要的二維納米片材料，具有獨特的物理、化學和電學特性。二硫化鎢與二硫化鉬相同，都存在三種相態，即1T、2H和3R相，其中，1T相是WS₂以一個S-W-S單分子層作為最小重復單元堆疊，而2H和3R相是以兩個和三個S-W-S單分子層作為最小重復單元堆疊。自然界中大部分WS₂是以2H穩定相存在的，1T和3R相屬于亞穩態結構，在一定條件下可以轉變為2H相。由于單層2H相的WS₂已經失去了雙分子層為最小重復單元的特性，因此也被稱為1H相。不同的相態的WS₂材料所呈現的物理化學特性也不盡相同。例如，2H態材料展現半導體特性，而1T態的WS₂材料則呈現出金屬特性。雖然單層WS₂納米材料在熱、電、光、力學等方面的性質及其在光電子器件領域的潛在應用引起了科研人員的廣泛關注。然而，一般的化學、物理法難以制備出純單層結構的WS₂納米材料，尤其是不同相態的單層硫化鎢剝離制備。目前有關二硫化鎢的合成和應用報道大部分是WS₂納米片、WS₂納米棒以及WS₂與碳纖維和石墨烯等的復合物。例如：申請號為201510975198.X的專利公開了一種石墨狀二硫化鎢納米片的制備方法；申請號為201610008800.7的專利公開了一種硫化鎢納米棒制備方法；申請號為201310533441.3的專利公開了類石墨烯二硫化鎢納米片制備方法；申請號為201510622958.9的專利公開了一種硫化鎢/碳納米纖維/石墨烯復合物的制備方法；申請號為201410065185.4的專利公開了一種二硫化鎢納米薄片的制備方法。這些方法合成的二硫化鎢納米材料盡管在某個維度方向上是納米級，但都不是單層二硫化鎢，此外目前公開的文獻資料幾乎未見有單層二硫化鎢的相關報道，尤其是單一指定相態的單層二硫化鎢納米片的制備。

發明內容

本發明解決的技術問題是提供了一種簡單、安全、高效且適合規模化生產的2H相單層二硫化鎢納米片的制備方法，該方法是以硫代鎢酸銨和鋰鹽化合物為原料，在一定溫度下熱處理得到2H相的插鋰Li₂WS₂塊體，插鋰Li₂WS₂塊體在去離子水中水解自行剝離得到單層目標產物。

本發明為解決上述技術問題采用如下技術方案，一種2H相單層二硫化鎢納米片的制備方法，其特征在于具體步驟為：

（1）將硫代鎢酸銨和鋰鹽化合物按1:2摩爾比混合研磨，研磨后的混合物在惰性氣體保護下于200-600℃保溫1-10h，冷卻至室溫得到插鋰的2H相硫化鎢塊體；

（2）將插鋰的2H相硫化鎢塊體直接置于去離子水中，輔助超聲水解剝離5-30min，再將得到的懸浮液置于離心機中，經離心分離去除未剝離的沉淀物后得到2H相單層WS₂納米片懸浮液；

（3）將2H相單層WS₂納米片懸浮液在離心機上分別用水和乙醇離心洗滌去除可溶性雜質，最后將沉淀物2H相單層WS₂納米片分散于小分子溶劑中保存，該2H相單層WS₂納米片的厚度小于1nm。

進一步限定，步驟（1）中所述的鋰鹽化合物為氫氧化鋰、氯化鋰、醋酸鋰、碳酸鋰、硫酸鋰或硝酸鋰中的一種或多種。

進一步限定，步驟（2）中所述的離心機轉速為1000r/min，步驟（3）中所述的離心機轉速為4000-20000r/min。

進一步限定，步驟（3）中所述的小分子溶劑為水、甲醇、乙醇、異丙醇、丁醇、丙酮、N-甲基吡咯烷酮或N-甲基甲酰胺。

本發明與現有技術相比具有以下優點：

1、本發明以硫代鎢酸銨和鋰鹽化合物為原料，通過簡單的溫度控制可以合成為插鋰的2H相硫化鎢塊體，插鋰的2H相硫化鎢塊體可以在水中水解自行剝離成2H相單層WS₂納米片，并且可以在水、乙醇等小分子溶劑中穩定存在；