CN108529679A - 一种通过多元醇剥离制备二硫化钼纳米片的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种通过多元醇剥离制备二硫化钼纳米片的方法，其是将二硫化钼粉体加入到多元醇中，进行超声剥离后，再经离心处理，所得产物经洗涤、烘干，即获得目标产物。本发明所用的液相溶剂原料价廉易得、绿色环保，操作方法简单，能够规模化生产；且通过对所得产物的检测，可知本发明高效、高产的获得了高质量的二硫化钼纳米片。

Description

一种通过多元醇剥离制备二硫化钼纳米片的方法
技术领域
本发明涉及一种单层或薄层材料二硫化钼纳米片的制备方法，属于纳米材料制备领域。
背景技术
二硫化钼与石墨的结构相仿，都属于层状化合物。由于二硫化钼层内共价键作用强，层间范德华力作用弱，其可以被剥离成薄层甚至单层化合物，这种薄层或单层的二硫化钼纳米片具有独特的光学、磁性、电、电化学和催化性能[1,2,3]，以上特性让其成为新兴材料领域的研究热点，引起了研究学者们的广泛关注。
目前，制备二硫化钼纳米片有多种方法，如透明胶带辅助微剥离[4]、化学气相沉积[5]和液相超声剥离[6]等。然而，透明胶带辅助微剥离法效率低下，而化学气相沉积法复杂又昂贵，都不适宜大规模生产二硫化钼纳米片。与前两种方法相比，液相超声剥离采用超声波直接剥离分散，该方法操作简单，易于大批量生产。液相剥离法已经研究出许多方式，例如，通过氯仿、正十二硫醇[7]、二甲基亚砜(DMSO)、N-甲基吡咯烷酮[8]、N-二甲基甲酰胺[8]、汽油、柴油和石油[9]等溶剂将二硫化钼进行液相剥离，但由于这些溶剂经济成本较高并且对环境造成了极大的污染，限制了液相剥离技术的发展，因此，急需要找到绿色环保、低成本的溶剂，以大规模剥离二硫化钼。
参考文献：
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发明内容
为了解决现有液相超声剥离法中溶剂的成本和污染问题，本发明提出了一种通过多元醇剥离制备二硫化钼纳米片的方法，所要解决的问题是通过对比不同种类多元醇、不同比例溶剂、不同超声剥离时间以及不同离心时间对产物的影响，从而确定可以获得高质量的二硫化钼纳米片的方法。
本发明解决技术问题，采用如下技术方案：
本发明通过多元醇剥离制备二硫化钼纳米片的方法，其特点在于：将二硫化钼粉体加入到由高粘度多元醇与乙醇或高粘度多元醇与水构成的混合溶液中，构成反应液；或将二硫化钼粉体加入到低粘度多元醇中，构成反应液；
对所述反应液进行超声剥离后，再经离心处理，所得产物经洗涤、烘干，即获得目标产物二硫化钼纳米片。
在上述方法中，采用不同种类的多元醇、不同比例的溶剂和不同的超声剥离时间，可以获得不同品质的二硫化钼纳米片，经过科学的实验设计和系统的条件试验后，获得如下优选条件，在下述条件下，可以高产量的获得高质量的二硫化钼纳米片。具体如下：
优选的，所述高粘度多元醇为甘油、聚乙二醇、丁三醇、戊三醇或聚乙烯醇。在所述混合溶液中，高粘度多元醇与乙醇或高粘度多元醇与水的体积比为0.5-4：1。
优选的，所述低粘度多元醇为乙二醇、丙二醇、丁二醇或戊二醇。
优选的，在所述反应液中，二硫化钼粉体质量与混合溶液或低粘度多元醇的体积比为0.01-0.1g/20-200ml。
优选的，所述超声剥离的时间为30-400min。
优选的，所述离心的转速为6000～16000r/min，离心时间为30-60min。
优选的，所述洗涤是以乙醇或水进行洗涤。
优选的，所述烘干的温度为60-150℃。
在本发明的方法中，多元醇的粘度过高会影响产品质量，因此使用乙醇或水作为低沸点溶剂与高粘度多元醇相溶。多元醇与二硫化钼的表面相亲，可以很好的将二硫化钼从多元醇中置换出来。
与已有技术，本发明的有益效果体现在：
1、本发明所用的液相溶剂原料价廉易得、绿色环保，操作方法简单，能够规模化生产；且通过对所得产物的检测，可知本发明高效、高产的获得了高质量的二硫化钼纳米片。
2、本发明经过科学的实验设计和系统的条件试验后，获得了制备二硫化钼纳米片的优选条件，在此条件下：所用反应时间短，减少了制备时间；所用溶剂量少，减少了制备的费用，实现了经济环保。
附图说明
图1为本发明实施例1和实施例2不同超声时间获得的二硫化钼纳米片的TEM和HRTEM图，其中：图1a和图1c分别为实施例1超声30min所得产物的TEM和HRTEM图；图1b和图1d分别为实施例2超声1h所得产物的TEM和HRTEM图，相应的衍射环分别插入在图1a和图1b的TEM图的右上角。
图2为本发明实施例2所得二硫化钼纳米片的拉曼光谱图。
图3为本发明实施例2所得二硫化钼纳米片的XRD图。
图4为本发明实施例3中不同溶剂比例下，离心后所得产物溶液的对比图。
图5为本发明实施例4中不同多元醇下，离心后所得产物溶液的对比图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。以下内容仅仅是对本发明的构思所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的构思或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
实施例1
本实施例按如下步骤制备二硫化钼纳米片：
将甘油与乙醇按体积比2:1混合均匀，构成甘油溶液；
称取0.01g二硫化钼粉末，倒入100mL烧杯中，再加入20mL甘油溶液，在超声波清洗机中超声剥离30min(频率40-60KHz，功率70-100％，)，然后将剥离后溶液加入到离心管中，并放入高速离心机，以6000r/min的转速离心处理30min。所得产物用乙醇多次洗涤后，再在80℃烘干，即获得目标产物二硫化钼纳米片。
实施例2
本实施例按实施例1相同的方法制备二硫化钼纳米片，区别仅在于超声剥离的时间为1h。
图1为本发明实施例1和实施例2不同超声时间获得的二硫化钼纳米片的TEM和HRTEM图，其中：图1a和图1c分别为实施例1超声30min所得产物的TEM和HRTEM图；图1b和图1d分别为实施例2超声1h所得产物的TEM和HRTEM图，相应的衍射环分别插入在图1a和图1b的TEM图的右上角。从图1a和图1c中可以看出超声为30min时，所获得的二硫化钼纳米片比较厚，层数较多，结晶度高。从图1b和图1d可以看出超声为60min时，所获得的二硫化钼纳米片比较薄，呈叶片型，层数较少，结晶度低，说明超声时间为60min时的剥离效果最佳。
图2为本实施例所得二硫化钼纳米片的拉曼光谱图，从图中可以看出在380-400cm-1左右有两个二硫化钼纳米片的特征峰，说明该方法可以获得二硫化钼纳米片。
图3为本实施例所得二硫化钼纳米片的XRD图，从图中可以看出在2θ＝7°附近(001晶面)有很强的衍射峰，说明二硫化钼剥离度很高。
实施例3
本实施例按实施例2相同的方法制备二硫化钼纳米片，区别仅在于所用甘油溶液是由不同体积比的甘油与乙醇混合均匀构成(2:1、3:1、4:1、5:1)。
不同溶剂比例下，离心后所得产物溶液对比如图4所示，可以看出甘油与乙醇的体积比为2:1和3:1时剥离所得的溶液相比于4:1和5:1时的溶液颜色更深，说明体积比为2:1和3:1时的剥离效果最佳，从剥离成本和分离提纯角度来看，2:1更为理想。
实施例4
本实施例按实施例2相同的方法制备二硫化钼纳米片，区别仅在于将所用甘油溶液分别改为丙二醇、NMP和正十二硫醇。
不同醇下，离心后所得产物溶液对比如图5所示，用正十二硫醇和NMP的进行剥离所得溶液颜色较浅，而用丙二醇和甘油进行剥离所得溶液颜色较深，说明所得的二硫化钼纳米片的含量多，因此，可以得出结论：多元醇对二硫化钼的剥离效果好。
实施例5
本实施例按实施例2相同的方法制备二硫化钼纳米片，区别仅在于将所用甘油溶液换为聚乙二醇溶液(聚乙二醇与乙醇的体积比为2:1).
经检测，用聚乙二醇做溶剂也可以剥离二硫化钼，得到薄层或单层的二硫化钼纳米片。

Claims (9)

1.一种通过多元醇剥离制备二硫化钼纳米片的方法，其特征在于：将二硫化钼粉体加入到由高粘度多元醇与乙醇或高粘度多元醇与水构成的混合溶液中，构成反应液；或将二硫化钼粉体加入到低粘度多元醇中，构成反应液；
对所述反应液进行超声剥离后，再经离心处理，所得产物经洗涤、烘干，即获得目标产物二硫化钼纳米片。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述高粘度多元醇为甘油、聚乙二醇、丁三醇、戊三醇或聚乙烯醇。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：在所述混合溶液中，高粘度多元醇与乙醇或高粘度多元醇与水的体积比为0.5-4：1。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述低粘度多元醇为乙二醇、丙二醇、丁二醇或戊二醇。
5.根据权利要求1、2或4所述的方法，其特征在于：在所述反应液中，二硫化钼粉体质量与混合溶液或低粘度多元醇的体积比为0.01-0.1g/20-200mL。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述超声剥离的时间为30-400min。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述离心的转速为6000～16000r/min，离心时间为30-60min。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述洗涤是以乙醇或水进行洗涤。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述烘干的温度为60-150℃。
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