[發明專利]利用水熱法合成1T相-無序度協同調控的二維納米片的方法

有效

• 申請號: 201710137965.9
• 申請日: 2017-03-09
• 公開（公告）號: CN106904580B
• 公開（公告）日: 2019-11-15
• 發明（設計）人: 宋波;銀穎;張宇民;韓杰才
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: C01B19/04
• 分類號: C01B19/04;C01G39/06;C01G41/00;B82Y40/00
• 代理公司: 23109 哈爾濱市松花江專利商標事務所
• 代理人: 張利明;宋詩非<國際申請>=<國際公布>

利用水熱法合成1T相?無序度協同調控的二維納米片的方法，本發明涉及一種二維納米片的制備方法，它要解決現有MX₂納米片通常為半導體性質的2H相結構，且較難實現對結晶無序度調控的問題。合成方法：一、按摩爾比為1：2：(2～10)將含過渡金屬元素的前驅體化合物、硫屬元素的單質或含硫屬元素前驅體化合物以及還原劑分散于去離子水中；二、控制加熱溫度進行水熱反應，清洗產物得到二維MX₂納米材料；三、烘干處理。本發明通過水熱法實現了一步1T相?無序度協同調控的二維納米片，通過調節還原劑的量實現對1T相含量的調控，通過調節水熱反應的溫度實現納米片晶格無序度的調節。且得到的二維納米片具有良好的催化制氫效率。

技術領域

本發明涉及一種二維納米片的制備方法。

背景技術

具有二維結構的過渡金屬化合物MX₂(M＝Mo，W；X＝S，Se，Te)納米片由于其獨特的原子幾何分布和電子結構，近年來在電催化制氫、超級電容器、鋰鈉電池等能源轉換與存儲應用領域受到了廣泛的關注，而以功能為導向對二維納米材料進行合理和可控的結構設計，成為了該材料體系的研究重點。

以二維納米材料作為電催化制氫的電催化劑材料為例，理論與實驗研究均表明其催化活性同時取決于結構的導電能力和不飽和成鍵原子(晶體無序)兩個因素，為實現高效的電催化功能，應當對二維材料的電子轉移能力和結構無序度進行協同調控。然而，目前針對MX₂體系的研究工作主要集中在對其熱力學穩態相即六方相(2H相)結構的設計和優化方面。然而，2H相的MX₂為半導體，傳導電子的能力很差，這極大地限制了其電化學活性。

相反，亞穩態的八面體結構(1T相)MX₂具有金屬性的電子結構，這十分有利于催化材料內部的電荷轉移，使得參與析氫催化反應的原子比例大幅增加，可以極大地提高MX₂的催化能力。因此，合理構造1T相結構成為實現高效催化的關鍵點之一。進一步地，在有效調控1T相結構的基礎上，引入晶格無序來增加活性位點，以期通過多因素協同效應實現MX₂催化活性的最大化。

目前，相變-無序協同催化材料在設計與構造技術上存在較大困難。首先，晶體無序的引入通常遵循“自下而上”的路線，即在溶劑熱或化學氣相沉積等方法中，通過降低材料的合成溫度、改變原料的相對含量等來控制材料的結晶程度，從而實現有序-無序結構的調節；然而，1T相結構的MX₂晶體一般卻遵循“自上而下”的設計思路，即先利用正丁基鋰溶液、電化學插鋰、液氨/鋰溶液等的鋰離子插層方法，誘導2H MX₂晶體發生2H-1T相變，然后進一步剝離為單層或少層1T相納米片。因此，無序結構和1T相在設計方向上的矛盾使得在二維MX₂材料中對二者實現協同調控變得困難。迄今為止，這方面的研究工作尚未見報道。

發明內容

本發明目的是要解決現有MX₂納米片通常為半導體性質的2H相結構，且較難實現對結晶無序度調控的問題，而提供一種利用水熱法合成1T相-無序度協同調控的二維納米片的方法。

本發明利用水熱法合成1T相-無序度協同調控的二維納米片的方法按下列步驟實現：

一、將含過渡金屬元素M的前驅體化合物、硫屬元素X的單質或含硫屬元素前驅體化合物、以及還原劑A按摩爾比例M：X：A＝1：2：(2～10)混合，在室溫下將混合物分散于去離子水中，充分攪拌后得到混合溶液；

二、將步驟一得到的混合溶液轉移至密封容器中，以恒定溫度加熱密封容器進行水熱反應，反應結束后停冷卻至室溫，收集、清洗產物，得到二維MX₂納米材料；

三、最后進行烘干處理，得到干燥的粉末狀二維MX₂納米片材料；