CN109879321B - 一种半导体相二硫化钼纳米片的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种半导体相二硫化钼纳米片的制备方法，包括如下步骤：(1)取二硫化钼粉末加热处理，向加热处理后的二硫化钼粉末中加入液氮，待液氮气化后再重复加热和加液氮步骤若干次；(2)将步骤(1)的产物与分散溶剂混合，获得第一混合溶液；(3)将步骤(2)的第一混合溶液进行水浴超声处理，获得第二混合溶液；(4)对步骤(3)得到的第二混合溶液进行离心处理，离心完成后取上层清液再次进行离心处理，离心完成后取上层清液，即可。本发明的方法制备得到的二硫化钼纳米片纯度高，制备效率高，尺寸超薄。
Description
技术领域
本发明涉及半导体相二硫化钼纳米片的制备方法，特别涉及一种半导体相二硫化钼纳米片的制备方法。
背景技术
二硫化钼材料因其能带隙随尺寸厚度变化(1.2eV-1.8eV)的特性而受到广泛关注，在生物传感、光伏电池、能源存储等应用中发挥了重要作用。液相剥离制备二硫化钼纳米片的方法凭借其高效制备和低成本的优点近年来发展迅速。但液相剥离法中通常会使用正丁基锂，这将导致材料发生相变，无法得到纯的半导体相的二硫化钼纳米片。加入表面活性剂能改善这一问题，但加入的表面活性剂很难去除，从而限制了制备的材料的应用。
发明内容
发明目的：本发明目的是提供一种采用剥离方法高效制备半导体相的超薄二硫化钼纳米片的方法，制备的超薄二硫化钼纳米片的纯度高。
技术方案：本发明提供一种半导体相二硫化钼纳米片的制备方法，包括如下步骤：
(1)取二硫化钼粉末加热处理，向加热处理后的二硫化钼粉末中加入液氮，待液氮气化后再重复加热和加液氮步骤若干次；
(2)将步骤(1)的产物与分散溶剂混合，获得第一混合溶液；
(3)将步骤(2)的第一混合溶液进行水浴超声处理，获得第二混合溶液；
(4)对步骤(3)得到的第二混合溶液进行离心处理，离心完成后取上层清液再次进行离心处理，离心完成后取上层清液，即可。
进一步地，所述步骤(1)的加热温度为25℃-300℃。
进一步地，所述步骤(2)分散溶剂为去离子水、乙醇、异丙醇和N-甲基吡咯烷酮。
进一步地，所述步骤(1)二硫化钼粉末为块状，尺寸为2微米左右。
进一步地，所述步骤(1)二硫化钼粉末为天然六方晶型(半导体相)。
进一步地，所述步骤(1)重复1-20次。
进一步地，所述步骤(3)水浴超声时间为0.1-10h。
进一步地，所述步骤(4)转速为1500rpm-5000rpm。
进一步地，所述步骤(4)对步骤(3)得到的第二混合溶液进行离心处理，离心完成后取上层清液的四分之三再次进行同等转速与时间的离心处理，离心完成后取上层清液的三分之二。
本发明采用冷热循环处理和液相剥离法相结合的工艺，引入高温-液氮处理实现热胀冷缩，当加入液氮的时候液氮分子会进入块体二硫化钼的层间，当加热的时候液氮分子会转化为氮气分子，从而促进二硫化钼纳米片的剥离，以此提高剥离效率，同时得到高纯度的二硫化钼纳米片，剥离效率也显著提高。
有益效果：本发明可制备出高纯度的半导体相的二硫化钼纳米片，且不引入任何杂质，整个材料制备过程绿色环保；制得的材料尺寸超薄，最低可达单层；本发明可应用于电存储器件等领域。
附图说明
图1为实施例3制备的半导体相二硫化钼纳米片与原始块体二硫化钼的XRD衍射图谱；
图2为实施例1、实施例2、实施例3、实施例4制备的半导体相二硫化钼纳米片的荧光吸收光谱图；
图3为实施例3、实施例5、实施例6、实施例7制备的半导体相二硫化钼纳米片的荧光吸收光谱图；
图4为实施例3、实施例8、实施例9、实施例10制备的半导体相二硫化钼纳米片的荧光吸收光谱图。
具体实施方式
实施例1：半导体相二硫化钼纳米片的制备方法
(1)将1g天然六方晶型的二硫化钼块状粉末放于坩埚中，并在190℃的烘箱中加热15分钟，随后加入足量液氮；
(2)待液氮完全气化后将样品放入盛有异丙醇(IPA)的菌种瓶中，浓度为10mg/mL，接着将其放入水浴超声机进行超声处理，超声时间为1.0小时；
(3)待超声完毕后以3000rpm的转速对其进行30分钟的离心处理，离心完成后取上层清液的四分之三再次进行同等转速与时间的离心处理，离心完成后取上层清液的三分之二，所得样品即为半导体相二硫化钼纳米片的分散液。
实施例2：半导体相二硫化钼纳米片的制备方法
(1)将1g天然六方晶型的二硫化钼块状粉末放于坩埚中，并在190℃的烘箱中加热15分钟，随后加入足量液氮，以上步骤重复进行三次；
(2)待液氮完全气化后将样品放入盛有异丙醇(IPA)的菌种瓶中，浓度为10mg/mL，接着将其放入水浴超声机进行超声处理，超声时间为1.0小时；
(3)待超声完毕后以3000rpm的转速对其进行30分钟的离心处理，离心完成后取上层清液的四分之三再次进行同等转速与时间的离心处理，离心完成后取上层清液的三分之二，所得样品即为半导体相二硫化钼纳米片的分散液。
实施例3：半导体相二硫化钼纳米片的制备方法
(1)将1g天然六方晶型的二硫化钼块状粉末放于坩埚中，并在190℃的烘箱中加热15分钟，随后加入足量液氮，以上步骤重复进行五次；
(2)待液氮完全气化后将样品放入盛有异丙醇(IPA)的菌种瓶中，浓度为10mg/mL，接着将其放入水浴超声机进行超声处理，超声时间为1.0小时；
(3)待超声完毕后以3000rpm的转速对其进行30分钟的离心处理，离心完成后取上层清液的四分之三再次进行同等转速与时间的离心处理，离心完成后取上层清液的三分之二，所得样品即为半导体相二硫化钼纳米片的分散液。
实施例4：半导体相二硫化钼纳米片的制备方法
(1)将1g天然六方晶型的二硫化钼块状粉末放于坩埚中，并在190℃的烘箱中加热15分钟，随后加入足量液氮，以上步骤重复进行十次；
(2)待液氮完全气化后将样品放入盛有异丙醇(IPA)的菌种瓶中，浓度为10mg/mL，接着将其放入水浴超声机进行超声处理，超声时间为1.0小时；
(3)待超声完毕后以3000rpm的转速对其进行30分钟的离心处理，离心完成后取上层清液的四分之三再次进行同等转速与时间的离心处理，离心完成后取上层清液的三分之二，所得样品即为半导体相二硫化钼纳米片的分散液。
实施例1、实施例2、实施例3、实施例4表明随着加热/液氮浸渍次数的增加半导体相二硫化钼纳米片的剥离效率也会提高，这主要是因为热胀冷缩次数的增加有效促进了纳米片的剥离(图2)。
实施例5：半导体相二硫化钼纳米片的制备方法
(1)将1g天然六方晶型的二硫化钼块状粉末放于坩埚中，并在190℃的烘箱中加热15分钟，随后加入足量液氮，以上步骤重复进行五次；
(2)待液氮完全气化后将样品放入盛有N-甲基吡咯烷酮(NMP)的菌种瓶中，浓度为10mg/mL，接着将其放入水浴超声机进行超声处理，超声时间为1.0小时；
(3)待超声完毕后以3000rpm的转速对其进行30分钟的离心处理，离心完成后取上层清液的四分之三再次进行同等转速与时间的离心处理，离心完成后取上层清液的三分之二，所得样品即为半导体相二硫化钼纳米片的分散液。
实施例6：半导体相二硫化钼纳米片的制备方法
(1)将1g天然六方晶型的二硫化钼块状粉末放于坩埚中，并在190℃的烘箱中加热15分钟，随后加入足量液氮，以上步骤重复进行五次；
(2)待液氮完全气化后将样品放入盛有去离子水(water)的菌种瓶中，浓度为10mg/mL，接着将其放入水浴超声机进行超声处理，超声时间为1.0小时；
(3)待超声完毕后以3000rpm的转速对其进行30分钟的离心处理，离心完成后取上层清液的四分之三再次进行同等转速与时间的离心处理，离心完成后取上层清液的三分之二，所得样品即为半导体相二硫化钼纳米片的分散液。
实施例7：半导体相二硫化钼纳米片的制备方法
(1)将1g天然六方晶型的二硫化钼块状粉末放于坩埚中，并在190℃的烘箱中加热15分钟，随后加入足量液氮，以上步骤重复进行五次；
(2)待液氮完全气化后将样品放入盛有乙醇(ethanol)的菌种瓶中，浓度为10mg/mL，接着将其放入水浴超声机进行超声处理，超声时间为1.0小时；
(3)待超声完毕后以3000rpm的转速对其进行30分钟的离心处理，离心完成后取上层清液的四分之三再次进行同等转速与时间的离心处理，离心完成后取上层清液的三分之二，所得样品即为半导体相二硫化钼纳米片的分散液。
实施例3、实施例5、实施例6、实施例7表明改变超声溶剂对半导体相二硫化钼纳米片的剥离效率有重要影响，其中N-甲基吡咯烷酮和异丙醇的效果最好，由于N-甲基吡咯烷酮沸点较高不易除去，因此异丙醇是理想的超声溶剂(图3)。
实施例8：半导体相二硫化钼纳米片的制备方法
(1)将1g天然六方晶型的二硫化钼块状粉末放于坩埚中，并在190℃的烘箱中加热15分钟，随后加入足量液氮，以上步骤重复进行五次；
(2)待液氮完全气化后将样品放入盛有异丙醇(IPA)的菌种瓶中，浓度为10mg/mL，接着将其放入水浴超声机进行超声处理，超声时间为0.5小时；
(3)待超声完毕后以3000rpm的转速对其进行30分钟的离心处理，离心完成后取上层清液的四分之三再次进行同等转速与时间的离心处理，离心完成后取上层清液的三分之二，所得样品即为半导体相二硫化钼纳米片的分散液。
实施例9：半导体相二硫化钼纳米片的制备方法
(1)将1g天然六方晶型的二硫化钼块状粉末放于坩埚中，并在190℃的烘箱中加热15分钟，随后加入足量液氮，以上步骤重复进行五次；
(2)待液氮完全气化后将样品放入盛有异丙醇(IPA)的菌种瓶中，浓度为10mg/mL，接着将其放入水浴超声机进行超声处理，超声时间为3.0小时；
(3)待超声完毕后以3000rpm的转速对其进行30分钟的离心处理，离心完成后取上层清液的四分之三再次进行同等转速与时间的离心处理，离心完成后取上层清液的三分之二，所得样品即为半导体相二硫化钼纳米片的分散液。
实施例10：半导体相二硫化钼纳米片的制备方法
(1)将1g天然六方晶型的二硫化钼块状粉末放于坩埚中，并在190℃的烘箱中加热15分钟，随后加入足量液氮，以上步骤重复进行五次；
(2)待液氮完全气化后将样品放入盛有异丙醇(IPA)的菌种瓶中，浓度为10mg/mL，接着将其放入水浴超声机进行超声处理，超声时间为5.0小时；
(3)待超声完毕后以3000rpm的转速对其进行30分钟的离心处理，离心完成后取上层清液的四分之三再次进行同等转速与时间的离心处理，离心完成后取上层清液的三分之二，所得样品即为半导体相二硫化钼纳米片的分散液。
实施例3、实施例8、实施例9、实施例10表明超声时间对半导体相二硫化钼纳米片的剥离效率有重要影响，超声时间越长，剥离效率越高，这主要是因为更长的超声时间更有利于促进超声波对块体二硫化钼微观尺度的剥离(图4)。
Claims (6)
1.一种半导体相二硫化钼纳米片的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
（1）取二硫化钼粉末加热处理，向加热处理后的二硫化钼粉末中加入液氮，待液氮气化后再重复加热和加液氮步骤若干次；
（2）将步骤（1）的产物与分散溶剂混合，获得第一混合溶液；
（3）将步骤（2）的第一混合溶液进行水浴超声处理，获得第二混合溶液；
（4）对步骤（3）得到的第二混合溶液进行离心处理，离心完成后取上层清液再次进行离心处理，离心完成后取上层清液，即可；
所述步骤（1）的加热温度为25℃-300℃；
所述步骤（2）分散溶剂为异丙醇；
所述步骤（3）水浴超声时间为0.5 h。
2.根据权利要求1所述的半导体相二硫化钼纳米片的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）二硫化钼粉末为块状。
3.根据权利要求1所述的半导体相二硫化钼纳米片的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）二硫化钼粉末为天然六方晶型。
4.根据权利要求1所述的半导体相二硫化钼纳米片的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）重复1-20次。
5.根据权利要求1所述的半导体相二硫化钼纳米片的制备方法，其特征在于：所述步骤（4）离心的转速为1500 rpm-5000 rpm。
6.根据权利要求1所述的半导体相二硫化钼纳米片的制备方法，其特征在于：所述步骤（4）对步骤（3）得到的第二混合溶液进行离心处理，离心完成后取上层清液的四分之三再次进行同等转速与时间的离心处理，离心完成后取上层清液的三分之二。
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