CN105197998A - 一步化学气相沉积制备高质量二硫化钨纳米片的方法 - Google Patents

一步化学气相沉积制备高质量二硫化钨纳米片的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105197998A
CN105197998A CN201510583083.6A CN201510583083A CN105197998A CN 105197998 A CN105197998 A CN 105197998A CN 201510583083 A CN201510583083 A CN 201510583083A CN 105197998 A CN105197998 A CN 105197998A
Authority
CN
China
Prior art keywords
tungsten
source
tungsten disulfide
nacl
sulphur
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201510583083.6A
Other languages
English (en)
Inventor
何春年
周静雯
赵乃勤
师春生
刘恩佐
李家俊
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tianjin University
Original Assignee
Tianjin University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tianjin University filed Critical Tianjin University
Priority to CN201510583083.6A priority Critical patent/CN105197998A/zh
Publication of CN105197998A publication Critical patent/CN105197998A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G41/00—Compounds of tungsten
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
    • C01P2002/70—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
    • C01P2002/70—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data
    • C01P2002/72—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data by d-values or two theta-values, e.g. as X-ray diagram
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/01—Particle morphology depicted by an image
    • C01P2004/03—Particle morphology depicted by an image obtained by SEM
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/01—Particle morphology depicted by an image
    • C01P2004/04—Particle morphology depicted by an image obtained by TEM, STEM, STM or AFM
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/20—Particle morphology extending in two dimensions, e.g. plate-like
    • C01P2004/24—Nanoplates, i.e. plate-like particles with a thickness from 1-100 nanometer

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)

Abstract

本发明涉及一种一步化学气相沉积制备高质量二硫化钨纳米片，包括：以偏钨酸铵、钨酸钠中的一种或两种混合物为钨源，以硫脲为硫源，按钨源中的钨、硫源中的硫摩尔比为1:(1.8～2.5)，并按钨源中的钨与NaCl的摩尔比为1:(50～600)计，将钨源、硫源和NaCl加入去离子水中溶解，再冷冻和进行真空干燥，得到混合物；将制得的混合物研磨成粉末，过筛后铺于方舟中，置于管式炉恒温区进行煅烧和化学气相沉积，得到产物A；水洗并进行真空干燥，得到二硫化钨纳米片。本发明可得到结晶度高、质量好、尺寸均一、厚度较薄、可量产的单晶二硫化钨纳米片。

Description

一步化学气相沉积制备高质量二硫化钨纳米片的方法
技术领域
本发明涉及一种高质量二硫化钨纳米片材料及其制备方法，可应用于且不仅限于锂离子二次电池电极材料领域。
背景技术
超薄的层状过渡金属二硫化物纳米片，如MoS2、WS2、TiS2、TaS2、MoSe2、WSe2等，由于其本身独特的化学、电学性质已经成为了化学工业和电子工业中一类不可或缺的关键材料。是否能够高效、大量地生产高质量的过渡金属二硫化物纳米片是目前化工和电子产业中亟待解决的一个问题，同时，也是科研中探索过渡金属二硫化物与其他材料进行复合以创造新的功能材料来满足某些特定领域应用需要的根本基础。
MoS2和WS2是过渡金属二硫化物中最具有代表性也是最常见的两种物质。其中，MoS2以其更类似于石墨烯的密排六方结构和片层堆垛方式已经得到了科学家们的广泛研究，并与石墨烯、碳纤维、二氧化钛等材料进行复合，在锂电池、超级电容器、化学析氢、光催化、半导体、电子封装等领域取得了重要进展。为了深入探索过渡金属二硫化物独特性质的来源，另一种物质WS2也逐步进入了科学家们的视野，但WS2更高的原料成本和更复杂、更苛刻的制备工艺却限制了人们对它的研究和应用。寻找一种高效、可批量制备高质量二硫化钨纳米片的方法是科研工作者们一直探索的方向之一，同时也是研究和发展二硫化钨及其复合产物的前提条件。目前，对WS2的研究尚处于起步阶段，用来制备WS2纳米片的手段也相对单一，即从制备MoS2纳米片的方法上沿用而来的剥离法，包括机械剥离、液相剥离、化学剥离、Li嵌入化学剥离等(J.Am.Chem.Soc.2015,doi:10.1021/jacs.5b02780)(Electrochem.Commun.2015,56,24-28)。简单来说，剥离法一般是以商业化的WS2纳米块体粉末为原料，通过超声波降解或化学物质嵌入/吸附解离等近似物理的手段来获得二硫化钨纳米片；这样的手段虽然简单直接，但始终不能绕过要先合成商业化WS2粉末的缺陷，造成了时间、能源、人力等的二次浪费。同时，剥离法所获得WS2纳米片也存在易团聚、分散性不好、厚度不均、缺陷多、质量不佳等问题，且剥离也会对环境产生噪声污染和化学污染。
发明内容
本发明提供一种制备高质量单晶二硫化钨纳米片的方法，该制备方法利用NaCl的自组装作用，充分控制好钨酸盐、硫脲、NaCl之间的比例，使得钨酸盐和硫脲在单个NaCl自组装体中不连续分布，同时模板将在高温煅烧过程中以空间位阻和热膨胀应力两种方式限制纳米片在厚度方向上的生长，以使最终获得结晶度高、质量好、尺寸均一、厚度较薄、可量产的单晶二硫化钨纳米片。
本发明是通过以下技术方案加以实现的，
一种化学气相沉积制备高质量二硫化钨纳米片的方法，包括以下步骤：
(1).以偏钨酸铵、钨酸钠中的一种或两种混合物为钨源，以硫脲为硫源，按钨源中的钨、硫源中的硫摩尔比为1:(1.8～2.5)，并按钨源中的钨与NaCl的摩尔比为1:(50～600)计，将钨源、硫源和NaCl加入去离子水中溶解，搅拌配成溶液，再超声混合均匀后于0℃下冷冻，待溶液全部结冰后置于冷冻干燥机于较冷温度(-50℃～-30℃)进行真空干燥，得到混合物；
(2).将步骤(1)制得的混合物研磨成粉末，过100-300目筛后铺于方舟中，置于管式炉恒温区进行煅烧：以N2、He和Ar的一种气体或混合气体作为惰性气体源，先以流量为200-400ml/min通入惰性气体10-30分钟以排除空气；再以Ar作为保护气，将保护气流量固定为50-300ml/min，以1-10℃/min的升温速度升温至600-750℃，保温1-3h进行化学气相沉积，反应结束后随炉冷却至室温，得到产物A；
(3).收集步骤(2)制得的粉体产物A，水洗至煅烧产物中没有NaCl为止，将水洗后的产物置于冷冻干燥机中于较冷温度(-50℃～-30℃)进行真空干燥8h，得到二硫化钨纳米片。
本发明具有以下优点：本发明利用廉价易得的原料制备单晶二硫化钨纳米片，成本低廉，反应过程简单、可控性强。同时该种材料结晶度高，质量好，结构均一，形貌优良、性能优异。
附图说明
图1为本发明实施例1制备二硫化钨纳米片过程中冻干后的前驱体凝胶的SEM照片。从该图明显看出NaCl的自组装方式和钨源、硫源在一个NaCl组装体中的分布情况。
图2为本发明实施例1制得的二硫化钨纳米片的SEM照片。从该图明显看出二硫化钨纳米片的三角形和六边形形貌。
图3为本发明实施例1制得的二硫化钨纳米片的FE-SEM照片。从该图明显看出二硫化钨纳米片的尺寸和厚度。
图4为本发明实施例1制得的二硫化钨纳米片的TEM照片。从该图明显看出二硫化钨纳米片的整体结构。
图5为本发明实施例1制得的二硫化钨纳米片的TEM照片。从该图明显看出二硫化钨纳米片的片层数目和晶格点阵。
图6为本发明实施例1制得的二硫化钨纳米片的SEAD图像。从该图明显看出二硫化钨纳米片的单晶特征衍射花样。
图7为本发明实施例1制得的二硫化钨纳米片的XRD图谱。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的具体内容具体说明如下：
实施例1：
称取0.2463g偏钨酸铵、0.1827g硫脲和23.4g氯化钠，将混合物溶于150ml的去离子水中，以搅拌速度300r/min的磁力搅拌器，搅拌溶解配成溶液，然后再以功率为400W的超声器超声15min，混合均匀。将混合液放入冰箱中12h结冰，之后置于冷冻干燥机中-50℃真空干燥，直至烘干得到混合物。研磨混合物并过150目筛，取10g粉末置于方舟中，将方舟放入管式炉中，通入200ml/min的Ar惰性气体排除空气，再以200ml/min的Ar惰性气体、并以10℃/min的升温速度升温至温度750℃，保温2h进行化学气相沉积，反应结束后在Ar气氛保护下冷却至室温，得到煅烧产物A，收集，研细，水洗至产物中没有NaCl为止，在冷冻干燥机中于-50℃下进行真空干燥8h，得到二硫化钨纳米片，该二硫化钨纳米片多呈三角形和六边形，单个纳米片的长度为0.1-20um，厚度为0.8-100.0nm，二硫化钨纳米片层数为1-30层，并具有单晶特征。
实施例2：
称取0.4926g偏钨酸铵、0.3654g硫脲和5.85g氯化钠，将混合物溶于100ml的去离子水中，以搅拌速度300r/min的磁力搅拌器，搅拌溶解配成溶液，然后再以功率为400W的超声器超声15min，混合均匀。将混合液放入冰箱中12h结冰，之后置于冷冻干燥机中-50℃真空干燥，直至烘干得到混合物。研磨混合物并过100目筛，取10g粉末置于方舟中，将方舟放入管式炉中，通入200ml/min的Ar惰性气体排除空气，再以200ml/min的Ar惰性气体、并以10℃/min的升温速度升温至温度600℃，保温3h进行化学气相沉积，反应结束后在Ar气氛保护下冷却至室温，得到煅烧产物A，收集，研细，水洗至产物中没有NaCl为止，在冷冻干燥机中于-50℃下进行真空干燥8h，得到二硫化钨纳米片。
实施例3：
称取0.2463g偏钨酸铵、0.1827g硫脲和35.1g氯化钠，将混合物溶于200ml的去离子水中，以搅拌速度300r/min的磁力搅拌器，搅拌溶解配成溶液，然后再以功率为400W的超声器超声15min，混合均匀。将混合液放入冰箱中12h结冰，之后置于冷冻干燥机中-40℃真空干燥，直至烘干得到混合物。研磨混合物并过150目筛，取10g粉末置于方舟中，将方舟放入管式炉中，通入200ml/min的Ar惰性气体排除空气，再以200ml/min的Ar惰性气体、并以10℃/min的升温速度升温至温度750℃，保温2h进行化学气相沉积，反应结束后在Ar气氛保护下冷却至室温，得到煅烧产物A，收集，研细，水洗至产物中没有NaCl为止，在冷冻干燥机中于-50℃下进行真空干燥8h，得到二硫化钨纳米片。
实施例4：
称取0.3299g钨酸钠、0.3045g硫脲和17.55g氯化钠，将混合物溶于150ml的去离子水中，以搅拌速度300r/min的磁力搅拌器，搅拌溶解配成溶液，然后再以功率为400W的超声器超声20min，混合均匀。将混合液放入冰箱中12h结冰，之后置于冷冻干燥机中-30℃真空干燥，直至烘干得到混合物。研磨混合物并过100目筛，取10g粉末置于方舟中，将方舟放入管式炉中，通入200ml/min的Ar惰性气体排除空气，再以200ml/min的Ar惰性气体、并以10℃/min的升温速度升温至温度600℃，保温3h进行化学气相沉积，反应结束后在Ar气氛保护下冷却至室温，得到煅烧产物A，收集，研细，水洗至产物中没有NaCl为止，在冷冻干燥机中于-50℃下进行真空干燥8h，得到二硫化钨纳米片。

Claims (1)

1.一种化学气相沉积制备高质量二硫化钨纳米片的方法，包括以下步骤：
(1).以偏钨酸铵、钨酸钠中的一种或两种混合物为钨源，以硫脲为硫源，按钨源中的钨、硫源中的硫摩尔比为1:(1.8～2.5)，并按钨源中的钨与NaCl的摩尔比为1:(50～600)计，将钨源、硫源和NaCl加入去离子水中溶解，搅拌配成溶液，再超声混合均匀后于0℃下冷冻，待溶液全部结冰后置于冷冻干燥机于较冷温度(-50℃～-30℃)进行真空干燥，得到混合物；
(2).将步骤(1)制得的混合物研磨成粉末，过100-300目筛后铺于方舟中，置于管式炉恒温区进行煅烧：以N2、He和Ar的一种气体或混合气体作为惰性气体源，先以流量为200-400ml/min通入惰性气体10-30分钟以排除空气；再以Ar作为保护气，将保护气流量固定为50-300ml/min，以1-10℃/min的升温速度升温至600-750℃，保温1-3h进行化学气相沉积，反应结束后随炉冷却至室温，得到产物A；
(3).收集步骤(2)制得的粉体产物A，水洗至煅烧产物中没有NaCl为止，将水洗后的产物置于冷冻干燥机中于较冷温度(-50℃～-30℃)进行真空干燥8h，得到二硫化钨纳米片。
CN201510583083.6A 2015-09-14 2015-09-14 一步化学气相沉积制备高质量二硫化钨纳米片的方法 Pending CN105197998A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510583083.6A CN105197998A (zh) 2015-09-14 2015-09-14 一步化学气相沉积制备高质量二硫化钨纳米片的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510583083.6A CN105197998A (zh) 2015-09-14 2015-09-14 一步化学气相沉积制备高质量二硫化钨纳米片的方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN105197998A true CN105197998A (zh) 2015-12-30

Family

ID=54946034

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510583083.6A Pending CN105197998A (zh) 2015-09-14 2015-09-14 一步化学气相沉积制备高质量二硫化钨纳米片的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105197998A (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108118395A (zh) * 2017-12-15 2018-06-05 北京科技大学 一种化学气相沉积制备二硒化钨单晶薄膜的方法
WO2018231153A1 (en) * 2017-06-16 2018-12-20 Nanyang Technological University Synthesis of atomically-thin metal dichalcogenides
CN110386626A (zh) * 2018-04-16 2019-10-29 中国科学技术大学 一种氧化亚钴薄片、其制备方法和其在可见光催化全分解水中的应用
CN111704165A (zh) * 2020-08-04 2020-09-25 湘潭大学 一种六方MoTe2纳米片及制备方法
CN111909751A (zh) * 2020-08-25 2020-11-10 重庆石墨烯研究院有限公司 一种高温极压耐磨润滑油及其制备方法
CN113322522A (zh) * 2021-06-07 2021-08-31 电子科技大学 一种外延大单畴大面积单层二硫化钨薄膜的制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1880499A (zh) * 2005-06-15 2006-12-20 比尔安达(上海)润滑材料有限公司 采用物理气相沉积法制备二硫化钨固体润滑膜的方法
CN102897841A (zh) * 2012-09-28 2013-01-30 浙江东晶光电科技有限公司 一种二硫化钨微米结构的制备方法
CN104409703A (zh) * 2014-11-24 2015-03-11 天津大学 二硫化钼/氮掺杂石墨烯三维复合材料的制备方法及应用

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1880499A (zh) * 2005-06-15 2006-12-20 比尔安达(上海)润滑材料有限公司 采用物理气相沉积法制备二硫化钨固体润滑膜的方法
CN102897841A (zh) * 2012-09-28 2013-01-30 浙江东晶光电科技有限公司 一种二硫化钨微米结构的制备方法
CN104409703A (zh) * 2014-11-24 2015-03-11 天津大学 二硫化钼/氮掺杂石墨烯三维复合材料的制备方法及应用

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Electrochemically reduced single-layer MoS2 nanosheets:characterization,properties,and sensing applications;shixin wu et al.;《Nano snall micro》;20120831(第8期);第2264-2270页 *
纳米WS2的制备及其应用探讨;黄祥平等;《三峡大学学报(自然科学版)》;20030630;第25卷(第3期);第282-284页 *
超薄MS2(M=Mo,W)纳米片的制备与性能研究;张向华;《中国博士学位论文全文数据库 工程科技I辑》;20150515(第05期);第70页 *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018231153A1 (en) * 2017-06-16 2018-12-20 Nanyang Technological University Synthesis of atomically-thin metal dichalcogenides
CN108118395A (zh) * 2017-12-15 2018-06-05 北京科技大学 一种化学气相沉积制备二硒化钨单晶薄膜的方法
CN110386626A (zh) * 2018-04-16 2019-10-29 中国科学技术大学 一种氧化亚钴薄片、其制备方法和其在可见光催化全分解水中的应用
CN111704165A (zh) * 2020-08-04 2020-09-25 湘潭大学 一种六方MoTe2纳米片及制备方法
CN111704165B (zh) * 2020-08-04 2022-04-08 湘潭大学 一种六方MoTe2纳米片及制备方法
CN111909751A (zh) * 2020-08-25 2020-11-10 重庆石墨烯研究院有限公司 一种高温极压耐磨润滑油及其制备方法
CN113322522A (zh) * 2021-06-07 2021-08-31 电子科技大学 一种外延大单畴大面积单层二硫化钨薄膜的制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105197998A (zh) 一步化学气相沉积制备高质量二硫化钨纳米片的方法
CN105140517A (zh) 一种非水溶性过渡金属二硫化物纳米片的制备方法
CN105217687A (zh) 一种基于氯化钠模板的二硫化钼纳米片制备方法
CN110026226B (zh) 一种石墨相氮化碳纳米片多孔材料及其制备方法和应用
CN105280887B (zh) 一种锂离子电池负极的制作方法
Zhang et al. Hydrothermal synthesis of MnV2O6 nanobelts and its application in lithium-ion battery
CN104993102B (zh) 介孔非晶SiOX/C纳米复合的负极材料制备方法
CN105514403A (zh) 一种三维核壳结构MoO2-MoS2锂离子电池负极材料及其制备方法
CN107651708A (zh) 一种微波水热制备1T@2H‑MoS2的方法
CN106384811A (zh) 一种蓝磷/过渡金属二硫化物异质结阳极材料及制备方法
CN103626163A (zh) 石墨烯的制备方法
Wang et al. Synthesis and electrochemical properties of LiV3O8 via an improved sol–gel process
CN102060331A (zh) 一种溶剂热法生长MnS纳米结构的方法
CN102936044B (zh) 一种水热法制备六方棒状的MoO3微米晶的方法
Xiao et al. One-pot template-free synthesis, formation mechanism, and lithium ions storage property of hollow SnO 2 microspheres
CN107601521A (zh) 一种合成‑clo型磷酸铝分子筛的方法
CN105731518B (zh) 一种八面体氧化亚铜晶体常温结晶制备方法
Liao et al. Template-free hydrothermal synthesis of 3D hierarchical Co3O4 microflowers constructed by mesoporous nanoneedles
CN104085930B (zh) 一种大比表面积多孔片状铁酸锌的制备方法
CN103700824B (zh) 一种夹层状nh4v3o8纳米晶的制备方法
CN104310322B (zh) 离子液体制备碳包覆氮化碳和氮化石墨烯复合材料的方法
CN103490065A (zh) 一种卡片状nh4v3o8 微晶的制备方法
CN104609456A (zh) 一种基于丝胶蛋白的c/n共掺杂多孔氧化亚铜纳米球的制备方法
CN106277038A (zh) 一种微纳复合结构纤锌矿铜锌锡硫微粒的制备方法
Liu et al. Effects of different templates on electrochemical performance of LiFePO4/C prepared by supercritical hydrothermal method

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
AD01 Patent right deemed abandoned
AD01 Patent right deemed abandoned

Effective date of abandoning: 20171219