CN105967155B - 二硒化钨纳米花的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了二硒化钨纳米花的制备方法，属于纳米材料制备技术领域。本发明包括以下步骤：将H2SeO3溶解于有机溶剂中混合均匀，边搅拌边加入Na2WO4·2H2O制得混合溶液；将所得混合溶液转移到反应釜中，在温度范围为180℃～240℃的条件下反应12小时～48小时；待反应釜的温度自然冷却至室温后，通过抽滤收集黑色产物，并分别用去离子水和乙醇对产物进行洗涤，将其真空干燥后得到二硒化钨纳米花。本发明首次提出了一种通过溶剂热法一步合成二硒化钨纳米花的方法；本发明具有工艺简单、原料易得、成本低、反应条件温和等优点。

Description

二硒化钨纳米花的制备方法
技术领域
本发明属于纳米材料制备技术领域，尤其涉及一种二硒化钨(WSe2)纳米花的制备方法。
背景技术
近几年，人们对过渡金属硫化物的研究居多，并且取得了很大的成果，从目前公开文献来看主要原因在于，硫源广且大部分毒性较低，而水溶性硒化物均有毒，因此对过渡金属硫化物MS2(M＝Mo、W、Nb、Ta、Zr、Hf、Re、Pt)的制备方法及其性能研究的报道也较多，而涉及过渡金属硒化物MSe2(M＝Mo、W、Nb、Ta、Zr、Hf、Re、Pt)的相关研究较少，尤其是其形貌控制与应用研究方面。因此，很多学者已经将视线转向了过渡金属硒化物。
二硒化钨(WSe2)作为主要的过渡金属硒化物，是一种具有多种特殊性能的工程材料和功能材料。WSe2晶体具有类似MoS2的六方夹层状结构，每一WSe2分子层为两层Se原子层之间夹一层W原子层，W原子层与Se原子层之间以共价键连接，而邻近的WSe2层均以Se层隔开，间距较远，作用力为弱的范德华力。WSe2耐高温，分解温度达850℃；耐酸碱和其他介质，稳定性好；具有良好的润滑性能，剪切强度低；此外还具有突出的其他性能：WSe2是抗磁性p型半导体材料，导带低(1.16eV)；WSe2是目前世界上导热率最低的材料，表示系统中的热不易散失，换句话说，就是系统的能量转换效率会更高，因此这个新材料的应用，将很有可能大幅度提高能源的使用效率。
综上所述，WSe2在高温固体润滑、高效太阳能电池和高性能绝热陶瓷材料等方面具有广泛的应用前景，其制备及其性能研究一直受到人们的广泛关注。专利初步检索显示有两项涉及二硒化钨纳米材料制备方法的申请：一个是申请号为201010572015.7的中国专利公开了一种使用固相法制备二硒化钨纳米片的方法，该方法以一定摩尔比的钨粉和硒粉混合均匀后，在氩气保护下，经过高温反应，冷却的到了二硒化钨纳米片。该方法需要在氩气保护下，在管式炉中进行，设备昂贵，而且反应温度高，为600℃～700℃。另一个是申请号为201210374547.9的中国专利公开了一种高取向性二硒化钨纳米线的制备方法，该方法采用两步反应法，首先以Na2WO4·2H2O和CH3CSNH2为反应溶质，以CTAB为络合剂，通过水热法制备出WO2纳米线，然后再将WO2纳米线用纯度为99.9％的硒粉在高温下进行硒化，获得取向性二硒化钨纳米线。该方法采用两步法，制备步骤繁琐，在WO2硒化过程中也需要在高纯氩保护下进行，且反应温度高，为600℃～900℃。
因为与石墨、MOS2具有天然矿物不同，WSe2只能通过人工合成的方法制备，现有的工艺普遍都需要在CVD管式炉中进行，设备昂贵，制备温度高，对反应气氛要求高，不利于大规模工业化生产。因此，WSe2的应用也受到了很大限制。
发明内容
本发明为了克服现有制备工艺存在的缺陷，提供一种以H2SeO3和Na2WO4·2H2O为反应物质，有机溶剂为反应溶剂，通过溶剂热法一步合成二硒化钨(WSe2)纳米花。本发明中的制备方法是一种新的二硒化钨(WSe2)纳米花合成工艺，具有工艺简单、原料易得、成本低、反应条件温和等优点。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
二硒化钨纳米花的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：将H2SeO3溶解于有机溶剂中混合均匀，边搅拌边加入Na2WO4·2H2O制得混合溶液；
步骤2：将步骤1所得的混合溶液转移到反应釜中，在温度范围为180℃～240℃的条件下反应12小时～48小时；
步骤3：待步骤2中反应釜的温度自然冷却至室温后，通过抽滤收集黑色产物，并分别用去离子水和乙醇对产物进行洗涤，真空干燥后得到二硒化钨纳米花。
优选地，所述步骤1中混合溶液中H2SeO3的浓度为0.0375～0.1333mol/L。
优选地，所述步骤1中H2SeO3和Na2WO4·2H2O的摩尔比范围为2～5∶1。
优选地，所述步骤1中的有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺(DMF)或二甲苯。
综上所述，本发明具有以下有益效果：与现有制备方法相比，本发明采用一步合成法，以H2SeO3和Na2WO4·2H2O为反应物质，有机溶剂为反应溶剂，通过溶剂热法合成二硒化钨(WSe2)纳米花。此方法工艺简单、原料易得成本低、反应条件温和，所得的二硒化钨(WSe2)纳米花，尺度分布均一，结晶性良好，可展望其在催化、储能以及摩擦学等领域有非常好的应用前景。
附图说明
图1为施例1产物的X射线衍射(XRD)图；
图2为施例2产物的拉曼光谱图；
图3为施例3产物的扫描电子显微镜(SEM)图；
图4为施例4产物的高分辨透射电子显微镜(HR-TEM)图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细的描述：
实施例1：
步骤1：将0.3869g H2SeO3溶解到50ml的N,N-二甲基甲酰胺(DMF)当中，边搅拌边加入0.3299g Na2WO4·2H2O后制得混合溶液；
步骤2：将步骤1中混合溶液转移到100ml聚四氟乙烯的反应釜中，在温度为200℃的条件下反应48小时；
步骤3：待步骤2反应釜中的温度自然冷却至室温后，通过抽滤收集黑色产物，并分别用去离子水和乙醇对产物进行洗涤，真空干燥后即得二硒化钨(WSe2)纳米花。
如图1所示：实施例1的反应物在温度为200℃的条件下反应48小时后最终产物的X射线衍射(XRD)图，由图可知产物为结晶较好的WSe2，且不存在杂相。
实施例2：
步骤1：将0.3869g H2SeO3溶解到50ml的N,N-二甲基甲酰胺(DMF)当中，边搅拌边加入0.3299g Na2WO4·2H2O后制得混合溶液；
步骤2：将步骤1中混合溶液转移到100ml聚四氟乙烯的反应釜中，在温度为220℃的条件下反应36小时；
步骤3：待步骤2反应釜中的温度自然冷却至室温后，通过抽滤收集黑色产物，并分别用去离子水和乙醇对产物进行洗涤，真空干燥后即得二硒化钨(WSe2)纳米花。
如图2所示：实施例2的反应物在220℃的条件下反应36小时后最终产物的拉曼光谱图，由图可知，在247cm-1处出现了WSe2明显的拉曼特征峰E1 2g。
实施例3：
步骤1：将0.6449g H2SeO3溶解到50ml的N,N-二甲基甲酰胺(DMF)当中，边搅拌边加入0.3299g Na2WO4·2H2O后制得混合溶液；
步骤2：将步骤1中混合溶液转移到100ml聚四氟乙烯的反应釜中，在温度为220℃的条件下反应24小时；
步骤3：待步骤2反应釜中的温度自然冷却至室温后，通过抽滤收集黑色产物，并分别用去离子水和乙醇对产物进行洗涤，真空干燥后即得二硒化钨(WSe2)纳米花。
如图3所示，实施例3的反应物在220℃的条件下反应24小时后最终产物的扫描电子显微镜(SEM)图，由图可知产物为大小均一，分布均匀的WSe2纳米花组成。
实施例4：
步骤1：将1.0318g H2SeO3溶解到60ml的N,N-二甲基甲酰胺(DMF)当中，边搅拌边加入0.6597g Na2WO4·2H2O后制得混合溶液；
步骤2：将步骤1中混合溶液转移到100ml聚四氟乙烯的反应釜中，在温度为240℃的条件下反应12小时；
步骤3：待步骤2反应釜中的温度自然冷却至室温后，通过抽滤收集黑色产物，并分别用去离子水和乙醇对产物进行洗涤，真空干燥后即得二硒化钨(WSe2)纳米花。
如图4所示，实施例4的反应物在240℃的条件下反应12小时后最终产物的高分辨透射电子显微镜(HR-TEM)图，由图可知WSe2纳米花由若干个多层的WSe2纳米片组装而成。
实施例5：
步骤1：将0.3869g H2SeO3溶解到80ml的二甲苯中，边搅拌边加入0.3299gNa2WO4·2H2O后制得混合溶液；
步骤2：将步骤1中混合溶液转移到100ml聚四氟乙烯的反应釜中，在温度为180℃的条件下反应48小时；
步骤3：待步骤2反应釜中的温度自然冷却至室温后，通过抽滤收集黑色产物，并分别用去离子水和乙醇对产物进行洗涤，真空干燥后即得二硒化钨(WSe2)纳米花。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (4)

1.二硒化钨纳米花的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：将H2SeO3溶解于有机溶剂中混合均匀，边搅拌边加入Na2WO4·2H2O制得混合溶液；
步骤2：将步骤1所得的混合溶液转移到反应釜中，在温度范围为180℃～240℃的条件下反应12小时～48小时；
步骤3：待步骤2中反应釜的温度自然冷却至室温后，通过抽滤收集黑色产物，并分别用去离子水和乙醇对产物进行洗涤，真空干燥后得到二硒化钨纳米花。
2.根据权利要求1所述的二硒化钨纳米花的制备方法，其特征在于，所述步骤1中的有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺或二甲苯。
3.根据权利要求1所述的二硒化钨纳米花的制备方法，其特征在于，所述步骤1中混合溶液中H2SeO3的浓度为0.0375～0.1333mol/L。
4.根据权利要求3所述的二硒化钨纳米花的制备方法，其特征在于，所述步骤1中H2SeO3和Na2WO4·2H2O的摩尔比范围为2～5∶1。
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