本發(fā)明屬于二硫化鎢納米材料的合成技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種單層二硫化鎢納米片的制備方法。

背景技術(shù)：

二硫化鎢與二硫化鉬結(jié)構(gòu)相同，都是典型的三明治層狀結(jié)構(gòu)，由于其層間相對(duì)較弱的范德華力，也可以剝離成單層或少層數(shù)的納米片，被認(rèn)為是另外一種相當(dāng)重要的二維納米片材料，具有獨(dú)特的物理、化學(xué)和電學(xué)特性。二硫化鎢與二硫化鉬相同，都存在三種相態(tài)，即1T、2H和3R相。不同的相態(tài)的二硫化鎢材料所呈現(xiàn)的物理化學(xué)特性也不盡相同。例如，2H態(tài)材料展現(xiàn)半導(dǎo)體特性，而1T態(tài)的二硫化鎢材料則呈現(xiàn)出金屬特性。雖然單層二硫化鎢納米材料在熱、電、光和力學(xué)等方面的性質(zhì)及其在光電子器件領(lǐng)域的潛在應(yīng)用引起了科研人員的廣泛關(guān)注。然而，一般的化學(xué)、物理法難以制備出純單層結(jié)構(gòu)的二硫化鎢納米材料。目前有關(guān)二硫化鎢的合成和應(yīng)用報(bào)道大部分是二硫化鎢納米片、二硫化鎢納米棒以及二硫化鎢與碳纖維和石墨烯等的復(fù)合物。例如：申請(qǐng)?zhí)枮?01510975198.X的專利公開了一種石墨狀二硫化鎢納米片的制備方法；申請(qǐng)?zhí)枮?01610008800.7的專利公開了一種硫化鎢納米棒的制備方法；申請(qǐng)?zhí)枮?01310533441.3的專利公開了類石墨烯二硫化鎢納米片的制備方法；申請(qǐng)?zhí)枮?01510622958.9的專利公開了一種硫化鎢/碳納米纖維/石墨烯復(fù)合物的制備方法；申請(qǐng)?zhí)枮?01410065185.4的專利公開了一種二硫化鎢納米薄片的制備方法。這些方法合成的二硫化鎢納米材料盡管在某個(gè)維度方向上是納米級(jí)，但都不是單層二硫化鎢。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的技術(shù)問題是提供了一種簡(jiǎn)單、安全、高效且適合規(guī)模化生產(chǎn)的單層二硫化鎢納米片的制備方法，該方法直接以硫代鎢酸銨為原料，在300-1200℃的溫度范圍內(nèi)熱處理后，即可以在乙醇、水等小分子溶劑中自行剝離得到2H相單層二硫化鎢納米片。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案，一種單層二硫化鎢納米片的制備方法，其特征在于具體步驟為：

（1）將硫代鎢酸銨在惰性氣體保護(hù)下于300-1200℃保溫1-10h，冷卻至室溫得到待剝離的2H相二硫化鎢塊體；

（2）將步驟（1）得到的二硫化鎢塊體置于離心管中，加入小分子溶劑超聲剝離10-72h，然后置于離心機(jī)中離心分離沉淀后得到二硫化鎢納米片懸浮液；

（3）將步驟（2）得到的二硫化鎢納米片懸浮液置于離心管中，超聲1-10h，然后置于離心機(jī)中離心分離沉淀物后得到對(duì)應(yīng)小分子溶劑的2H相單層二硫化鎢納米片懸浮液，其中2H相單層二硫化鎢納米片的厚度小于1nm。

進(jìn)一步限定，步驟（1）中所述惰性氣體為氮?dú)饣驓鍤狻?/p>

進(jìn)一步限定，步驟（2）中所述離心機(jī)的轉(zhuǎn)速為1000r/min，步驟（3）中所述離心機(jī)的轉(zhuǎn)速為4000-20000r/min。

進(jìn)一步限定，步驟（2）中所述的小分子溶劑為水、甲醇、乙醇、異丙醇、丁醇、丙酮、N-甲基吡咯烷酮或N-甲基甲酰胺。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、本發(fā)明直接以硫代鎢酸銨為原料，通過在較寬溫度范圍內(nèi)的熱處理可以在水、乙醇等小分子溶劑中超聲剝離成2H相單層二硫化鎢納米片，并且可以在這些小分子溶劑中穩(wěn)定存在；

2、本發(fā)明避免了使用價(jià)格較高的LiOH、Li₂CO₃等鋰鹽試劑，節(jié)約了鋰資源，大大降低了制備成本；

3、本發(fā)明合成的2H相單層二硫化鎢納米片可以用于單層硫化鎢在光析氫、電催化和儲(chǔ)能等領(lǐng)域的研究；

4、本發(fā)明工藝操作簡(jiǎn)單，反應(yīng)條件溫和，所用試劑價(jià)格低廉且綠色環(huán)保。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例1制備的單層二硫化鎢的原子力顯微圖譜；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例1制備的單層二硫化鎢的X-粉末衍射圖譜。

具體實(shí)施方式

以下通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的上述內(nèi)容做進(jìn)一步詳細(xì)說明，但不應(yīng)該將此理解為本發(fā)明上述主題的范圍僅限于以下的實(shí)施例，凡基于本發(fā)明上述內(nèi)容實(shí)現(xiàn)的技術(shù)均屬于本發(fā)明的范圍。

實(shí)施例1

稱取3.48g硫代鎢酸銨置于剛玉坩堝中，放置在管式爐中，通氬氣保護(hù)，程序升溫至300℃，保溫10h，然后繼續(xù)通氬氣自然降溫至室溫，得到2H相二硫化鎢塊體；取100mg二硫化鎢塊體置于100mL離心管中，加入50mL乙醇，超聲分散48h，分散后的懸浮液在轉(zhuǎn)速為1000r/min的離心機(jī)上離心1h，將分離沉淀后的懸浮液置于另一個(gè)離心管中超聲5h，然后在轉(zhuǎn)速為4000r/min的離心機(jī)上離心1h，分離沉淀后所得懸浮液即為單層二硫化鎢乙醇分散液，經(jīng)原子力顯微鏡檢測(cè)其厚度為0.85nm，X-光電子能譜顯示為2H相。

實(shí)施例2

稱取3.48g硫代鎢酸銨置于剛玉坩堝中，放置在管式爐中，通氬氣保護(hù)，程序升溫至800℃，保溫5h，然后繼續(xù)通氬氣自然降溫至室溫，得到2H相二硫化鎢塊體；取100mg二硫化鎢塊體置于100mL離心管中，加入50mL異丙醇，超聲分散36h，分散后的懸浮液在轉(zhuǎn)速為1000r/min的離心機(jī)上離心1h，將分離沉淀后的懸浮液置于另一個(gè)離心管中超聲5h，然后在轉(zhuǎn)速為8000r/min的離心機(jī)上離心1h，分離沉淀后所得懸浮液即為單層二硫化鎢異丙醇分散液，經(jīng)原子力顯微鏡檢測(cè)其厚度為0.83nm，X-光電子能譜顯示為2H相。

實(shí)施例3

稱取3.48g硫代鎢酸銨置于剛玉坩堝中，放置在管式爐中，通氬氣保護(hù)，程序升溫至1200℃，保溫1h，然后繼續(xù)通氬氣自然降溫至室溫，得到2H相二硫化鎢塊體；取100mg二硫化鎢塊體置于100mL離心管中，加入50mL N-甲基吡咯烷酮，超聲分散10h，分散后的懸浮液在轉(zhuǎn)速為1000r/min的離心機(jī)上離心1h，將分離沉淀后的懸浮液置于另一個(gè)離心管容中超聲1h，然后在轉(zhuǎn)速為10000r/min的離心機(jī)上離心1h，分離沉淀后所得懸浮液即為單層二硫化鎢N-甲基吡咯烷酮分散液，經(jīng)原子力顯微鏡檢測(cè)其厚度為0.75nm，X-光電子能譜顯示為2H相。

實(shí)施例4

稱取3.48g硫代鎢酸銨置于剛玉坩堝中，放置在管式爐中，通氬氣保護(hù)，程序升溫至500℃，保溫5h，然后繼續(xù)通氬氣自然降溫至室溫，得到2H相二硫化鎢塊體；取100mg二硫化鎢塊體置于100mL離心管中，加入50mL去離子水，超聲分散72h，分散后的懸浮液在轉(zhuǎn)速為1000r/min的離心機(jī)上離心1h，將分離沉淀后的懸浮液置于另一個(gè)離心管中超聲10h，然后在轉(zhuǎn)速為20000r/min的離心機(jī)上離心1h，分離沉淀后所得懸浮液即為單層二硫化鎢水分散液，經(jīng)原子力顯微鏡檢測(cè)其厚度為0.88nm，X-光電子能譜顯示為2H相。

以上實(shí)施例描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征及優(yōu)點(diǎn)，本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明原理的范圍下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)均落入本發(fā)明保護(hù)的范圍內(nèi)。