CN113697856B - 一种NbS2纳米片自组装空心微球溶剂热制备方法 - Google Patents

一种NbS2纳米片自组装空心微球溶剂热制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种NbS2纳米片自组装空心微球溶剂热制备方法。在本发明中，在有机溶剂环境下以五氯化铌为铌源，以二乙基硫醚或其它含硫化合物为硫源，经一定时间的高温反应制备NbS2纳米片自组装空心微球。本发明实现了简单的一步溶剂热法制备NbS2纳米材料，极大的优化了现有的NbS2纳米材料复杂的制备工艺，同时获得的NbS2空心纳米微球形貌呈现空心开孔结构，尺寸和形貌可控的。本发明解决了在较低温度下通过溶剂热法制备NbS2纳米材料的问题。本发明使用原料廉价，制备工艺更简单，产物NbS2纳米片自组装空心微球形貌独特。NbS2纳米片自组装空心微球可以应用于电磁波吸收、催化、储能、生物传感等领域。

Description

一种NbS2纳米片自组装空心微球溶剂热制备方法
技术领域
本发明属于无机纳米材料制备领域，涉及一种NbS2纳米片自组装空心微球溶剂热制备方法。
背景技术
过渡金属二硫化物由于其表现出的许多有趣的特性如大部分异质界面、丰富的活性位点和适当的缺陷、电荷密度波态、可调带隙等，是异质结构设计的基本构件，在电子器件中，催化、储能、生物传感以及其它的一些功能性领域具有非常大的发展潜力，近年来受到了科学家的广泛关注。
二硫化铌(NbS2)作为过渡金属二硫化物的一种，具有接近零吉布斯自由能、特殊的电荷密度波以及比二硫化钨(WS2)、二硫化钼(MoS2)更丰富的边缘和基础平面内部的活性位点，引起了科学家极大关注。然而当前对NbS2的制备主要是高温固相反应和自上而下的电化学剥离方法，即便是最近开发的在油胺环境下的冷凝回流法也不可避免的需要高温或者复杂的制备工艺。NbS2的简便高效获取仍然是科学家亟待解决的问题，导致目前绝大多数对NbS2的研究还处于理论计算的层面。探索和开发NbS2的简便高效制备工艺已经成为我们不得不面对的问题。
溶剂热法是获得过渡金属二硫化物成本最低、最简便的制备工艺。开发简单的溶剂热制备工艺在推动过渡金属二硫化物的科学研究和实际应用方面具有实质性的意义。然而由于过渡金属二硫化物的不可控合成，目前只有以二硫化钨、二硫化钼为代表的少数半导体过渡金属二硫化物用水热法制备工艺合成成功。这不仅阻碍了科学家对它们的电/磁特性的探索，而且极大地阻碍了它们在功能性领域的实际开发应用。因此，探索和开发新的过渡金属二硫化物的溶剂热制备工艺非常有必要。
NbS2为第V族金属二硫化物，密排六方层状结构，铌原子和硫原子间由强化学键连接，层间硫原子间由弱范德华力分子键相连接。目前，NbS2颗粒方法主要是液相超声剥落法、固相反应法。意大利Bonaccorso用环保液体对含有3R和2H型的NbS2晶体进行液相超声剥落，得到单层/少层NbS2纳米片；福建省物质结构研究所Ruihu Wang和温州大学Zhi Yang以铌粉和硫粉为原料，750℃固相反应24h制备NbS2纳米片；美国Arava以铌粉和硫粉为原料，1050℃固相反应80min制备NbS2纳米片。NbS2纳米片自组装空心微球及其溶剂热制备方法均未有文献报道。
本发明提供了一种NbS2纳米片自组装空心微球溶剂热制备方法。本专利第一次实现了简单的一步溶剂热法制备NbS2纳米材料，极大的优化了现有的NbS2纳米材料复杂的制备工艺，同时获得了独特的NbS2纳米片自组装空心微球。本发明提供的溶剂热制备方法和获得的NbS2空心纳米微球，在现有报道中是独一无二，对推动NbS2材料研究与应用具有实质性推动作用。
发明内容
本发明涉及一种NbS2纳米片自组装空心微球溶剂热制备方法，针对NbS2纳米材料工艺复杂和反应条件苛刻的现状，在有机溶剂环境下以五氯化铌等铌的化合物为铌源，以二乙基硫醚或其它含硫化合物为硫源，经一定时间高温高压反应制备NbS2纳米片自组装空心微球。
以五氯化铌作为铌源，将硫源与有机溶剂投入聚四氟乙烯反应釜，搅拌均匀，闭合反应釜，保温一定时间，待反应器冷却至室温后，通过离心法提取黑色沉淀物，取沉淀物经离心、洗涤、干燥后得到黑色固体粉末即为由纳米片组装构成的NbS2纳米片自组装空心微球。
为了解决上述问题，本发明的技术方案具体步骤如下：
(1)除去反应溶剂中的水分。
(2)量取溶剂，按比例称取铌源、硫源，装入溶剂热反应釜。
(3)闭合反应釜，开始保温反应。
(4)反应完成后自然冷却至室温，取釜底沉淀物，离心、洗涤、干燥，即得到NbS2空心纳米微球材料。
作为优选，所述溶剂为三氯甲烷、四氯化碳、二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮，乙腈、二甲胺、吡啶、三乙醇胺的一种。
作为优选，所述铌源为铌酸锂、五氯化铌、二氯二茂铌的一种。
作为优选，所述硫源为硫单质、硫脲、硫代乙酰胺、二硫化碳、二乙基硫醚、二叔丁基硫醚中的一种。
作为优选，所述(2)中量取的铌硫比为1～5：3～20。
作为优选，所述(3)中保持温度为170℃-220℃，保持时间为24～72h。
本发明的有益效果是：本发明在较低温度下通过溶剂热法制备NbS2纳米材料，原料廉价，制备工艺更简单，产物NbS2空心微球形貌独特，呈现由纳米片组装构成的空心开孔结构，尺寸和形貌可控。
附图说明
图1：是通过本发明制备的样品S1的NbS2纳米片自组装空心微球的X射线衍射图。
图2：是通过本发明制备的样品S1的NbS2纳米片自组装空心微球的SEM图。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明的上述内容做进一步详细说明，但不应认为本发明仅限于以下实施例，凡是基于本发明上述内容实现的技术均属于本发明的范围。
实施例1：
(1)量取100ml三氯甲烷，在氯化钙或者五氧化二磷的辅助下采用蒸馏法除去三氯甲烷中的水分，备用。
(2)量取70ml三氯甲烷，称取2g NbCl5置于容量为110ml的聚四氟乙烯反应釜内衬，搅拌30min。
(3)量取8ml二叔丁基硫醚，加入到聚四氟乙烯反应釜内衬搅拌均匀。闭合反应釜，设置温度为220℃，磁力搅拌条件下保温24h。
(4)将反应后的釜底沉淀在转速为4000r/min的离心机中离心，分别用去离子水和无水乙醇各洗涤、离心3次，每次离心5min，收集洗涤后的产物。
(5)将洗涤后的产物在50℃下真空干燥4h。为简单起见，将该产物表示为样品S1。
实施例2：
(1)量取100ml二甲基甲酰胺，在氯化钙或者五氧化二磷的辅助下采用蒸馏法除去二甲基甲酰胺中的水分，备用。
(2)量取60ml二甲基甲酰胺，称取2g NbCl5置于容量为110ml的聚四氟乙烯反应釜内衬，搅拌30min。
(3)量取7ml二硫化碳，加入到聚四氟乙烯反应釜内衬搅拌均匀。闭合反应釜，设置温度为200℃，磁力搅拌条件下保温72h。
(4)将反应后的釜底沉淀在转速为4000r/min的离心机中离心，分别用去离子水和无水乙醇各洗涤、离心3次，每次离心5min，收集洗涤后的产物。
(5)将洗涤后的产物在50℃下真空干燥4h。为简单起见，将该产物表示为样品S2。
实施例3：
(1)量取100ml乙腈，在氯化钙或者五氧化二磷的辅助下采用蒸馏法除去乙腈中的水分，备用。
(2)量取50ml乙腈，称取2g NbCl5置于容量为110ml的聚四氟乙烯反应釜内衬，搅拌30min。
(3)量取10g硫代乙酰胺，加入到聚四氟乙烯反应釜内衬搅拌均匀。闭合反应釜，设置温度为170℃，磁力搅拌条件下保温24h。
(4)将反应后的釜底沉淀在转速为4000r/min的离心机中离心，分别用去离子水和无水乙醇各洗涤、离心3次，每次离心5min，收集洗涤后的产物。
(5)将洗涤后的产物在50℃下真空干燥4h。为简单起见，将该产物表示为样品S3。

Claims (2)

1.一种NbS2纳米片自组装空心微球溶剂热制备方法，其特征在于：
(1)以除去水分的三氯甲烷、四氯化碳、二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮，乙腈、二甲胺、吡啶、三乙醇胺中的一种为溶剂，以铌酸锂、五氯化铌、二氯二茂铌中的一种为铌源，以硫单质、硫代乙酰胺、二硫化碳、二乙基硫醚、二叔丁基硫醚中的一种为硫源；
(b)按铌硫比为1～5：3～20，分别量取溶剂和铌源，装入溶剂热反应釜，搅拌混合均匀；
(c)闭合反应釜开始溶剂热反应，温度为170℃-220℃，保持时间为24h～72h；
(d)反应完成后自然冷却至室温，取釜底沉淀物，洗涤、离心、干燥，即得NbS2纳米片自组装空心微球；
所述NbS2纳米片自组装空心微球具有空心开孔结构。
2.权利要求1所述溶剂热制备的NbS2纳米片自组装空心微球,其特征在于具有空心开孔结构。
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