CN109704407A

CN109704407A - 一种一步法同时制备的二硫化钼量子点和二硫化钼纳米花的方法

Info

Publication number: CN109704407A
Application number: CN201910149451.4A
Authority: CN
Inventors: 牛玉生; 许元红; 方艳峰; 刘梦丽
Original assignee: Qingdao University
Current assignee: Qingdao University
Priority date: 2019-02-28
Filing date: 2019-02-28
Publication date: 2019-05-03

Abstract

本发明属于纳米材料的制备和氮气还原的领域，涉及一种一步法同时制备的二硫化钼量子点和二硫化钼纳米花的方法，称取0.0480mg硫酸钠和0.0202mg三氯化钼分别于15mL乙醇、去离子水、氮，氮‑二甲基甲酰胺溶液中，搅拌溶解均一澄清的溶液；然后经过水热和离心后，透析上清液来得到二硫化钼量子点溶液，同时将沉淀用去离子水清洗6次，冷冻干燥获得二硫化钼纳米花，该发明设计构思巧妙，工艺过程简单，制备效率高，产品质量好，稳定性能强，具有环境友好的特性，市场前景极为广阔。

Description

一种一步法同时制备的二硫化钼量子点和二硫化钼纳米花的方法

技术领域：

本发明属于纳米材料的制备和氮气还原的领域，涉及一种以一步法制备两种微纳米结构的方法，特别是涉及一种以硫化钠和三氯化钼为原料，使用乙醇、去离子水、氮-氮二甲基甲酰胺为溶剂，通过溶剂热的方法合成合二硫化钼量子点和二硫化钼纳米花而不加入任何表面活性剂或者模板的方法。

背景技术：

在众多的二维层状纳米材料中，二硫化钼在光电子和能量收集的半导体工业中具有独特的特性，在近几年中引发了深入的研究。由于二硫化钼独特的晶体结构，因此，二硫化钼具有许多优异的性能，可广泛应用于固态润滑剂，催化剂，储氢和固态锂电池等领域。二硫化钼纳米片的电学和催化性质在当前的研究中得到了关注。特别是，单层二硫化钼纳米片显示出优异的半导体电子特性和敏感的光致发光性能。通常，由于量子限域效应，具有横向小尺寸的单层二硫化钼具有优异的光学性质，并且具备开发成为新型光电器件和光学传感器的下一代纳米材料。

与二硫化钼纳米片相比，二硫化钼量子点具有更强的量子限域和边缘效应，这将使它们显示出独特的电学、光学性质。迄今为止，二硫化钼的制备方式大致可分为“自下而上”和“自上而下”两类。一般而言，自下而上的合成方法是将原子或分子组装成纳米结构的二硫化钼量子点，其使用钼酸盐和含巯基的小分子作为前驱体。而自上而下的方法是将相对较大的二硫化钼片通过机械和化学剥离，热烧蚀法，电化学诱导芬顿反应等方法形成二硫化钼量子点。尽管二硫化钼量子点的制备取得了巨大的成功，但开发一种简单且环保的方法来生产高质量的二硫化钼量子点仍然是一个巨大挑战。

因此，本发明寻求设计一种一步法同时制备的二硫化钼量子点和二硫化钼纳米花的方法，使用硫化钠和三氯化钼作为前驱体，使用乙醇，去离子水，以及氮，氮-二甲基甲酰胺作为溶剂通过简单的一步溶剂热的方法同时合成二硫化钼量子点和二硫化钼纳米花。所制备出的二硫化钼量子点被证明是一种良好的荧光探针，可以应用于荧光染色和生物成像、细胞成像和细胞毒性测量。此外，发现所制备的花状纳米片被证明在环境条件下可用于氮气还原反应的有效的无金属电催化剂。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，设计提供一种一步法同时制备的二硫化钼量子点和二硫化钼纳米花的方法，利用一步溶剂热的方法，以硫化钠和三氯化钼为前驱体合成二硫化钼量子点和纳米花，通过溶剂热的作用合成二硫化钼纳米花，在由溶剂热切割的方法形成二硫化钼量子点。相对于现有技术来说，此制造工艺简单，能稳定、可靠地制备二硫化钼纳米花和量子点。

为了实现上述目的，本发明涉及的制备二硫化钼纳米结构的具体工艺包括以下步骤：

S1、称取0.0480mg硫酸钠和0.0202mg三氯化钼分别于15mL乙醇、去离子水、氮，氮-二甲基甲酰胺溶液中，搅拌溶解均一澄清的溶液；

S2、将步骤S1所制备溶液转移入聚四氟乙烯密封罐并放入水热反应釜水热；

S3、待水热后的溶液降至室温后，将聚四氟乙烯罐取出，取出溶液至离心管中离心得上清液和沉淀；

S4、取步骤S3中上清液在分子量为500的透析袋中透析24h即获得二硫化钼量子点溶液；

S5、同时，取步骤S3中的沉淀用去离子水清洗6次，冷冻干燥获得二硫化钼纳米花。

进一步的，本发明S2中水热反应釜水热的最佳水热环境为在180℃的温度下水热10h。

进一步的，本发明S3中离心环境为12000转/分钟的转速离心2分钟以上。

本发明与现有技术相比，只需采用乙醇、去离子水、氮，氮-二甲基甲酰胺溶液作为溶剂，无需使用表面活性剂作为模板，是一种新的二硫化钼量子点的制备方法，也是首次发现一步法就能同时二硫化钼量子点和纳米花两种纳米材料，相对于现有技术来说，此制造工艺简单，能稳定、可靠地制备二硫化钼纳米花和量子点，同时，该发明设计构思巧妙，工艺过程简单，制备效率高，产品质量好，稳定性能强，具有环境友好的特性，市场前景极为广阔。

附图说明：

图1为本发明涉及的纳米材料的合成过程原理示意图。

图2为本发明涉及实施例用乙醇为溶剂制备的二硫化钼量子点的透射电子显微镜图片，图中清晰地表现出二硫化钼量子点尺寸在1.8纳米左右。

图3为本发明涉及实施例用乙醇(A、B)、氮，氮-二甲基甲酰胺(C、D)、去离子水(E、F)为溶剂制备的二硫化钼纳米花的扫描电子显微镜图片。

图4为本发明涉及实施例用乙醇(A、B)、氮，氮-二甲基甲酰胺(C、D)、去离子水(E、F)为溶剂制备的二硫化钼量子点的荧光图。

图5为本发明涉及实施例用去离子水为溶剂制备的二硫化钼量子点在不同激发波长下的荧光染色和生物成像图。

图6为本发明涉及实施例用去离子水为溶剂制备的二硫化钼量子点的细胞成像图

图7为本发明涉及实施例用去离子水为溶剂制备的二硫化钼量子点细胞毒性测试图。

图8为本发明实施例制备的二硫化钼纳米花的性能图。

具体实施方式：

下面通过实例并结合附图对本发明作进一步说明。

实施例1：

本实施例涉及一种一步法同时制备的二硫化钼量子点和二硫化钼纳米花的方法，具体操作步骤按照如下方式进行：

S2、将步骤S1所制备溶液转移入聚四氟乙烯密封罐并放入水热反应釜中，在180℃的温度下水热10h；

S3、待水热后的溶液降至室温后，将聚四氟乙烯罐取出，取出溶液至离心管中，以12000转/分钟的转速离心2分钟得上清液和沉淀；

实施例2：

本实施例对实施例1中制备的二硫化钼量子点进行了紫外和荧光性能测试，如图4分别为用乙醇(A、D)、氮，氮-二甲基甲酰胺(B、E)、去离子水(C、F)为溶剂制备的二硫化钼量子点的荧光光谱图。

实施例3：

本实施例对实施例1中用去离子水为溶剂制备的二硫化钼量子点进行了荧光染色和生物成像图以及细胞毒性测试图，如图5-7所示。发现所制备的二硫化钼量子点被证明是一种良好的荧光探针。图五这一结果证实了制备的二硫化钼量子点可以作为良好的荧光染料用于化学或生物相容性染色；图六可证明荧光的二硫化钼量子点容易被细胞吸收，用于高效的生物成像，具有良好的细胞相容性；图七表明，制备的二硫化钼量子点具有良好的生物相容性、低毒、稳定性好、耐光漂白等优点，可作为一种优良的荧光生物显像剂。

实施例4：

将本实施例1所制备的二硫化钼纳米花的氮气还原性能进行了测试，如图8所示。发现所制备的二硫化钼纳米花被证明在环境条件下可用于氮气还原反应的有效的无金属电催化剂，而且，二硫化钼纳米花的产氨量和法拉第在-0.6V的电压下分别能够达到19.61μg h^-1mg^-1 _cat.和1.15％；此外，该催化剂还显示出高的长期稳定性和优异的选择性。

Claims

1.一种一步法同时制备的二硫化钼量子点和二硫化钼纳米花的方法，其特征在于制备二硫化钼纳米结构的具体工艺包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种一步法同时制备的二硫化钼量子点和二硫化钼纳米花的方法，其特征在于本发明S2中水热反应釜水热的最佳水热环境为在180℃的温度下水热10h。

3.根据权利要求1所述的一种一步法同时制备的二硫化钼量子点和二硫化钼纳米花的方法，其特征在于S3中离心环境为12000转/分钟的转速离心2分钟以上。

4.根据权利要求1-3中任一权利要求所述的一种一步法同时制备的二硫化钼量子点和二硫化钼纳米花的方法，其特征在于利用该方法制备的二硫化钼量子点是一种良好的荧光探针，能够作为荧光染料用于化学或生物相容性染色。

5.根据权利要求1-3中任一权利要求所述的一种一步法同时制备的二硫化钼量子点和二硫化钼纳米花的方法，其特征在于利用该方法制备的二硫化钼量子点容易被细胞吸收，能够用于生物成像，具有、好的细胞相容性。

6.根据权利要求1-3中任一权利要求所述的一种一步法同时制备的二硫化钼量子点和二硫化钼纳米花的方法，其特征在于利用该方法制备的二硫化钼量子点具有生物相容性、低毒、稳定性好、耐光漂白的特性，能够作为荧光生物显像剂。

7.根据权利要求1-3中任一权利要求所述的一种一步法同时制备的二硫化钼量子点和二硫化钼纳米花的方法，其特征在于利用该方法制备的二硫化钼纳米花被能够用于氮气还原反应的有效的无金属电催化剂，而且，二硫化钼纳米花的产氨量和法拉第在-0.6V的电压下分别能够达到19.61μg h^-1mg^-1 _cat.和1.15％；此外，该催化剂还具有稳定性和选择性。