[發明專利]一種熔融體系下磷改性過渡金屬硫屬化合物的方法

有效

• 申請號: 202010219105.1
• 申請日: 2020-03-25
• 公開（公告）號: CN111470538B
• 公開（公告）日: 2022-08-05
• 發明（設計）人: 王佳宏;喻彬璐;喻學鋒
• 申請（專利權）人: 深圳先進技術研究院
• 主分類號: C01G39/06
• 分類號: C01G39/06;C01G41/00;C01B19/00
• 代理公司: 北京市誠輝律師事務所 11430
• 代理人: 李玉娜

本發明公開了一種熔融體系下磷改性過渡金屬硫屬化合物的方法，屬于新材料制備領域。制備方法是將過渡金屬單質M、硫屬單質X、磷源、熔融鹽原料進行充分混合均勻，抽真空密封于石英管中進行燒結，最終得到尺寸均一且表面親水的薄層納米過渡金屬硫屬化合物。該方法一次性直接合成納米層狀材料，并且改性后的過渡金屬硫屬化合物具有不同的表界面特性，如親水性，這些優點使得該材料具有廣闊的應用前景。

技術領域

本發明屬于新材料制備領域，具體涉及一種熔融體系下磷改性過渡金屬硫屬化合物的方法。

背景技術

過渡金屬硫屬化合物(MX2)屬于二維材料中的大類，它們種類眾多，結構相似，而性質各異，因此被廣泛應用在各個領域，如光電器件、超導、光電催化、電池等領域。這類二維材料層間通過范德華力結合，這種弱的層間結合力可以通過外部能量打破，實現材料的減薄，甚至得到單層原子厚度的材料。其中具有半導體特性的過渡金屬硫屬化合物帶隙寬度會隨著層數的改變而改變。

納米過渡金屬硫屬化合物(MX2)的制備主要包括化學氣相沉積法、剝離法和濕法化學法。化學氣相沉積法雖然是目前得到層數可控且大面積制備的常用方法，但重復性較差及設備昂貴阻礙其更進一步商業化；剝離法得到的納米材料厚度不均，效率較低；濕法化學法需要引入有機活性添加劑，難以去除，對材料造成污染。當前對過渡金屬硫屬化合物材料的改性常常會分步進行，先是納米化處理，之后再進行二次改性，改性后的材料往往會引入新的物質，造成不純。

發明內容

本發明的目的是，提供一種在熔融體系下利用磷對過渡金屬硫屬化合物(MX2)進行改性的方法，獲得具有尺寸均一且具有獨特表界面特性的薄層納米過渡金屬硫屬化合物。

為了達到上述目的，本發明所采用的技術方案為：一種熔融體系下磷改性過渡金屬硫屬化合物的方法，包括以下步驟：

(1)以低熔點的鹽實現熔融態的反應體系，再加入磷源、過渡金屬單質和硫屬單質，原料按照一定物質的量比例稱量并充分混合均勻；

(2)將步驟(1)中得到的混合物加入反應容器中后進行抽真空密封，然后放入加熱裝置中加熱一定溫度和時長，得到改性后的過渡金屬硫屬化合物MX2，M為過渡金屬單質，X為硫屬單質。

進一步地，步驟(2)后還包括取出反應容器中的樣品，用去離子水反復洗滌離心5-8次，最后放入干燥箱中干燥。

進一步地，所述低熔點的鹽為金屬的鹵素化合物、硝酸鹽、硫酸鹽、磷酸鹽中的一種或者多種的組合，其中金屬為堿金屬。

進一步地，所述堿金屬為Li、Na、K、Rb、Cs，所述鹵素為氟、氯、溴。

進一步地，所述磷源為紅磷、白磷、黃磷、纖維磷、紫磷中的一種或幾種的組合。

進一步地，所述過渡金屬單質M為Mo、W、Fe、Ti、Co、Ni、Nb、V、Cu或Ta，所述硫屬單質X為S、Se或Te。

進一步地，所述過渡金屬單質M、硫屬單質X、磷源、低熔點的鹽的物質的量比為1：2：0.5～5：5～50。

進一步地，步驟(1)中所述混合的方式為研缽或者球磨；

步驟(2)中所述加熱裝置為單溫區管式爐、多溫區(雙溫區及以上)管式爐、馬弗爐、箱式爐、微波爐或單晶爐。

進一步地，步驟(2)中所述加熱溫度為600～1000℃，所述加熱時長為1.5～96h。

上述任一所述的方法制備得到的改性過渡金屬硫屬化合物MX2。

上述所述的改性過渡金屬硫屬化合物MX2在光催化、電催化、潤滑劑、濾膜、光熱治療、水系電池、生物制劑方面的應用。

與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：