CN1994896A - 一步水热法合成碳/二硫化钼复合微球的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种一步水热法合成碳/二硫化钼复合微球的制备方法。它是将钼酸盐溶解在去离子水中，形成0.02～0.1m的溶液，加入硫代乙酰胺或硫脲硫源，硫代乙酰胺或硫脲与钼酸盐的摩尔比为3∶1～5∶1，搅拌均匀。然后加入葡萄糖或蔗糖碳源，葡萄糖或蔗糖与钼酸盐的摩尔比为5∶1～25∶1，充分搅拌后将该溶液转移至水热反应釜中，于200～240℃下进行水热反应20～24小时，然后自然冷却，经分离、洗涤和干燥后得到碳/二硫化钼复合微球。本发明的方法具有反应条件温和，工艺简单，粒径均匀，产率高且重现性好的优点。本发明合成的碳/二硫化钼复合微球作为电化学储氢、电化学储锂和电化学储镁电极材料以及固体润滑剂具有广泛的应用。
Description
技术领域
本发明涉及无机化学材料的制备，尤其涉及一种一步水热法合成碳/二硫化钼复合微球的制备方法。
背景技术
MoS2属于六方晶系，其中Mo-S棱面相当多，比表面积大，层内是很强的共价键，层间则是较弱的范德华力，层与层很容易剥离。具有良好的各向异性与较低的摩擦因数，且S具有对金属很强的粘附力，使MoS2能很好地附着在金属表面始终发挥润滑功能，特别是在高温、高真空等条件下仍具有较低的摩擦因数，因此是一种优良的固体润滑剂。另外具有层状结构的MoS2作为主体晶格可以与不同的客体原子或分子反应，客体原子或分子插在主体层间产生插层化合物。由于在层状状化合物中，某一层内的原子是通过较强的共价健结合在一起的，而层与层之间是通过较弱的范德华力结合的，因此可以允许通过插层在层间引入外来的原子或分子。因此它是一种很有前途的电化学储锂、储镁电极材料。但是作为电极材料，MoS2的导电性能不是十分理想，碳是一种良好的导电材料，也是一种良好的电化学储锂电极材料，因此制备碳/MoS2复合材料可以进一步提高材料的导电和电化学性能。与体相MoS2相比，微米或纳米级的MoS2具有更大的比表面积，更强的吸附能力和更高的反应活性，作为催化材料和贮气贮能材料将具有更优异的性能和广泛的应用前景，微米或纳米级碳/MoS2复合微球作为固体润滑剂将具有更优异的摩擦学性能。
目前制备微米或纳米级MoS2的方法很多，主要有高温气固相反应法[1]、热分解法[2]、水热法[3，4]，电化学法[5]，化学气相沉积法[6]等。制备出的MoS2形貌也各不相同，有球形的纳米粒子和纳米管[1，2]、纳米囊泡和纳米须[3]、纳米线和纳米带[4，5]，纳米花[6]等。水热技术用于无机微纳米材料的制备具有反应条件温和，操作简便，产品的结晶性好等优点。文献[3，4]报道了用水热法合成了不同形貌的MoS2纳米材料(如：纳米须、纳米线和纳米带)。文献[7]报道了用葡萄糖作为原料在水热条件下合成碳微球的方法。但是到目前为止，以葡萄糖或蔗糖为碳源，钼酸盐作为钼源和硫代乙酰胺或硫脲作为硫源，利用水热反应一步直接合成碳/二硫化钼复合微球的文献和专利还未见公开报道。
主要参考文献：
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发明内容
本发明的目的在于提供一种一步水热法合成碳/二硫化钼复合微球的制备方法，该方法简便易行，可以在较低的温度条件下，可以大量合成粒径均匀的碳/二硫化钼复合微球。
一步水热法合成碳/二硫化钼复合微球的制备方法是：将钼酸盐溶解在去离子水中，形成0.02～0.1M的溶液，加入硫代乙酰胺或硫脲作为硫源，硫代乙酰胺或硫脲与钼酸盐的摩尔比为3∶1～5∶1，搅拌均匀。然后加入葡萄糖或蔗糖作为碳源，葡萄糖或蔗糖与钼酸盐的摩尔比为5∶1～25∶1，充分搅拌后将该溶液转移至水热反应釜中，于200～240℃下进行水热反应20～24小时，然后自然冷却，经分离、洗涤和干燥后得到碳/二硫化钼复合微球。
所述的葡萄糖或蔗糖与钼酸盐的摩尔比为9∶1～16∶1。钼酸盐为钼酸钠或钼酸铵。
本发明采用可溶性钼酸盐、硫代乙酰胺或硫脲和葡萄糖或蔗糖为原料，首次采用一步水热法直接合成出了碳/二硫化钼复合微球。本发明的合成方法具有反应条件温和，工艺简单，产品粒径均匀，产率高且重现性好的优点。本发明合成的碳/二硫化钼复合微球作为电化学储氢、电化学储锂和电化学储镁电极材料和新型的固体润滑剂具有广泛的应用前景。
附图说明
图1是一步法水热合成的碳/二硫化钼复合微球的SEM照片；
图2是一步法水热合成的碳/二硫化钼复合微球的SEM照片；
图3是一步法水热合成的碳/二硫化钼复合微球的SEM照片。
具体实施方式
实施例1
将1.2mmol钼酸纳溶解在60ml去离子水中，形成0.02M的溶液，加入5.3mmol的硫脲搅拌均匀，然后加入15mmol葡萄糖，其中硫脲与钼酸钠的摩尔比为4.4∶1，葡萄糖与钼酸钠的摩尔比为12.5∶1.充分搅拌后将该溶液转移至水热反应釜中，于240℃下水热反应24小时，然后自然冷却，用离心分离和去离子水充分洗涤后收集并干燥即可得碳/二硫化钼复合微球，SEM观察微球具有均匀的粒径，其平均粒径为0.40微米(见图1)。
实施例2
将1.2mmol钼酸纳溶解在60ml去离子水中，形成0.02M的溶液，加入5.4mmol的硫代乙酰胺搅拌均匀，然后加入17mmol葡萄糖，其中硫代乙酰胺与钼酸钠的摩尔比为4.5∶1，葡萄糖与钼酸钠的摩尔比为14.2∶1。充分搅拌后将该溶液转移至水热反应釜中，于230℃下水热反应23小时，然后自然冷却，用离心分离和去离子水充分洗涤后收集并干燥即可得碳/二硫化钼复合微球，其平均粒径为0.44微米(见图2)。
实施例3
将3.0mmol钼酸纳溶解在60ml去离子水中，形成0.05M的溶液，加入15mmol的硫脲搅拌均匀，然后加入45mmol葡萄糖，其中硫脲与钼酸钠的摩尔比为5∶1，葡萄糖与钼酸钠的摩尔比为15∶1.充分搅拌后将该溶液转移至水热反应釜中，于220℃下水热反应21小时，然后自然冷却，用离心分离和去离子水充分洗涤后收集并干燥即可得碳/二硫化钼复合微球，其平均粒径为1.3微米。
实施例4
将1.2mmol钼酸纳溶解在60ml去离子水中，形成0.02M的溶液，加入5mmol的硫代乙酰胺搅拌均匀，然后加入12mmol蔗糖，其中硫代乙酰胺与钼酸钠的摩尔比为4.2∶1，蔗糖与钼酸钠的摩尔比为10∶1。充分搅拌后将该溶液转移至水热反应釜中，于200℃下水热反应20小时，然后自然冷却，用离心分离和去离子水充分洗涤后收集并干燥即可得碳/二硫化钼复合微球，其平均粒径为0.37微米。
实施例5
将1.8mmol钼酸纳溶解在60ml去离子水中，形成0.03M的溶液，加入9mmol的硫代乙酰胺搅拌均匀，然后加入22mmol蔗糖，其中硫代乙酰胺与钼酸钠的摩尔比为5∶1，蔗糖与钼酸钠的摩尔比为12.2∶1。充分搅拌后将该溶液转移至水热反应釜中，于210℃下水热反应22小时，然后自然冷却，用离心分离和去离子水充分洗涤后收集并干燥即可得碳/二硫化钼复合微球，其平均粒径为0.58微米。
实施例6
将4.2mmol钼酸铵溶解在60ml去离子水中，形成0.07M的溶液，加入12.6mmol的硫代乙酰胺搅拌均匀，然后加入38mmol蔗糖，其中硫代乙酰胺与钼酸铵的摩尔比为3∶1，蔗糖与钼酸铵的摩尔比为9∶1。充分搅拌后将该溶液转移至水热反应釜中，于240℃下水热反应24小时，然后自然冷却，用离心分离和去离子水充分洗涤后收集并干燥即可得碳/二硫化钼复合微球，其平均粒径为1.2微米。
实施例7：
将1.2mmol钼酸纳溶解在60ml去离子水中，形成0.02M的溶液，加入5.3mmol的硫脲，搅拌均匀，然后加入11mmol葡萄糖，其中硫脲与钼酸纳的摩尔比为4.4∶1，葡萄糖与钼酸钠的摩尔比为9.2∶1。充分搅拌后将该溶液转移至反应釜中，于240℃下进行水热反应20小时，然后自然冷却，用离心分离和去离子水充分洗涤后收集并干燥到碳/二硫化钼复合微球，其平均粒径为0.32nm。
实施例8：
将6.0mmol钼酸铵溶解在60ml去离子水中，形成0.1M的溶液，加入18mmol的硫脲搅拌均匀，然后加入30mmol葡萄糖，其中硫脲与钼酸铵的摩尔比为3∶1，葡萄糖与钼酸钠的摩尔比为5∶1.充分搅拌后将该溶液转移至水热反应釜中，于230℃下水热反应22.5小时，然后自然冷却，用离心分离和去离子水充分洗涤后收集并干燥即可得碳/二硫化钼复合微球，其平均粒径为1.0微米。
实施例9：
将1.2mmol钼酸纳溶解在60ml去离子水中，形成0.02M的溶液，加入5.3mmol的硫脲搅拌均匀，然后加入30mmol葡萄糖，其中硫脲与钼酸纳的摩尔比为4.4∶1，葡萄糖与钼酸钠的摩尔比为25∶1.充分搅拌后将该溶液转移至水热反应釜中，于240℃下水热反应24小时，然后自然冷却，用离心分离和去离子水充分洗涤后收集并干燥即可得碳/二硫化钼复合微球，其平均粒径为1.1微米(见图3)。
Claims (3)
1.一种一步水热法合成碳/二硫化钼复合微球的制备方法，其特征在于：将钼酸盐溶解在去离子水中，形成0.02～0.1M的溶液，加入硫代乙酰胺或硫脲作为硫源，硫代乙酰胺或硫脲与钼酸盐的摩尔比为3∶1～5∶1，搅拌均匀。然后加入葡萄糖或蔗糖作为碳源，葡萄糖或蔗糖与钼酸盐的摩尔比为5∶1～25∶1，充分搅拌后将该溶液转移至水热反应釜中，于200～240℃下进行水热反应20～24小时，然后自然冷却，经分离、洗涤和干燥后得到碳/二硫化钼复合微球。
2.根据权利要求1所述的一种一步水热法合成碳/二硫化钼复合微球的制备方法，其特征在于所述的葡萄糖或蔗糖与钼酸盐的摩尔比为9∶1～16∶1。
3.根据权利要求1所述的一种一步水热法合成碳/二硫化钼复合微球的制备方法，其特征在于所述的钼酸盐为钼酸钠或钼酸铵。
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