本發(fā)明涉及二硫化鉬材料制備的領(lǐng)域，具體涉及一種多層二硫化鉬材料的溶膠-凝膠合成方法。

背景技術(shù)：

二硫化鉬屬于六方晶系層狀結(jié)構(gòu)，單層二硫化鉬由三層原子層構(gòu)成，其中上下兩層為硫原子層被中間鉬原子層隔開，形成所謂的“三明治結(jié)構(gòu)”。在單層二硫化鉬內(nèi)，每個(gè)鉬原子與六個(gè)硫原子通過共價(jià)鍵結(jié)合，同時(shí)每個(gè)硫原子與三個(gè)鉬原子通過共價(jià)鍵結(jié)合。多層或塊體的二硫化鉬則是由這些單層“三明治結(jié)構(gòu)”通過微弱的范德瓦爾斯力結(jié)合而成。由于層與層之間弱的結(jié)合力，當(dāng)受到很小的外界剪切力時(shí)，分子層間就會發(fā)生滑動，因此被廣泛應(yīng)用在潤滑劑領(lǐng)域。二硫化鉬的能帶結(jié)構(gòu)和帶隙易受到層數(shù)和外界應(yīng)力的影響，比如隨著二硫化鉬層數(shù)的減少，其能帶由間接帶隙向直接帶隙轉(zhuǎn)變；機(jī)械張力會使單層二硫化鉬帶隙變窄，由直接帶隙向間接帶隙轉(zhuǎn)變。由于這些特殊的性能，二硫化鉬在場效應(yīng)晶體管領(lǐng)域具有重要地位。除此之外，二硫化鉬還可以作為鋰離子電池的負(fù)極材料，其具有較大的比容量。

目前，二硫化鉬可以通過微機(jī)械力剝離法、鋰離子插層法、水熱法、化學(xué)氣相沉積法、固相硫化法、熱分解法等方法合成。在公開號CN105344443A中，發(fā)明人利用粉碎系統(tǒng)氣流粉碎機(jī)將精鉬礦粉碎，之后在分級機(jī)中進(jìn)行分級，最終得到0.4～1μm的超細(xì)二硫化鉬粉末。在公開號CN104891571A中，發(fā)明人利用水熱法制備片層直徑為100～250納米，厚度為5～20納米的蠕蟲狀二硫化鉬材料。但是目前尚未有通過溶膠-凝膠法合成二硫化鉬材料的專利。

在論文Preparation of porous MoS₂via a sol–gel route using(NH₄)₂Mo₃S₁₃as precursor中，通過(NH₄)₂Mo₃S₁₃作為先驅(qū)體得到凝膠，再通過超臨界干燥得到MoS₂粉體。該方法使用的先驅(qū)體(NH₄)₂Mo₃S₁₃過于昂貴且需要用到昂貴的超臨界干燥設(shè)備。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種多層二硫化鉬材料的溶膠凝膠合成方法，采用本發(fā)明的方法能獲得結(jié)晶性能佳的二硫化鉬。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種多層二硫化鉬材料的制備方法(多層二硫化鉬材料的溶膠-凝膠合成方法)，包括以下步驟：

1)、稱量0.1～0.6g(較佳為0.2g)四水合鉬酸銨作為鉬源以及0.2～1.2g(較佳為0.4～0.6g)硫代乙酰胺作為硫源，然后倒入6～10ml(較佳為8ml)的去離子水中，充分?jǐn)嚢?置于攪拌臺上充分?jǐn)嚢杓s3～6小時(shí))至四水合鉬酸銨和硫代乙酰胺均完全溶解；

2)、將0.05～0.15g螯合劑加入至步驟1)所得溶液中，均勻攪拌(攪拌1～3小時(shí))，得到溶膠(為紅棕色的溶膠)；

3)、將步驟2)所得的溶膠置于60±5℃烘箱中12～36小時(shí)，得到凝膠(為棕色的凝膠)；

4)、將步驟3)所得的凝膠繼續(xù)于60±5℃干燥2～6天(從而使水分完全蒸發(fā))，得到干凝膠；

5)、將步驟4)所得的干凝膠置于管式爐中在氬氣氣氛保護(hù)下于600～1000℃熱處理2～6小時(shí)(例如為800℃、4小時(shí))，得到多層二硫化鉬材料(粉體狀)。

作為本發(fā)明的多層二硫化鉬材料的制備方法的改進(jìn)：螯合劑為二乙基三胺五乙酸、乙二胺四乙酸或氨基三乙酸。

作為本發(fā)明的多層二硫化鉬材料的制備方法的改進(jìn)：步驟1)中，鉬源與硫源的質(zhì)量比為1:2～4(較佳為1:2～3，最佳為1:3)。

本發(fā)明的特點(diǎn)在于以四水合鉬酸銨作為鉬源，以硫代乙酰胺作為硫源，以二乙基三胺五乙酸等作為螯合劑，通過基于螯合反應(yīng)的溶膠凝膠的方法制備二硫化鉬粉體。本發(fā)明通過螯合劑的引入會使體系發(fā)生溶膠-凝膠轉(zhuǎn)變；并對不同質(zhì)量比的鉬源和硫源下生成的二硫化鉬材料的成分、微觀結(jié)構(gòu)和形貌進(jìn)行分析，證明了不同質(zhì)量比的鉬源和硫源會直接影響反應(yīng)生成的二硫化鉬材料的成分、微觀結(jié)構(gòu)和形貌。結(jié)果表明當(dāng)鉬源和硫源質(zhì)量比為1:3時(shí)，所得到的二硫化鉬具有最好的結(jié)晶性。

在本發(fā)明的較佳方案下，所得的二硫化鉬為21層～25層。

本發(fā)明提出了一種新型的二硫化鉬粉體的制備方法。這種螯合劑誘導(dǎo)的溶膠凝膠法簡便易行，所需工藝條件和成本低，可進(jìn)行大規(guī)模試驗(yàn)。所制備的二硫化鉬材料具有廣泛的應(yīng)用前景。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

圖1為實(shí)施例1、2、3制備的二硫化鉬材料的XRD圖；

實(shí)施例1、2、3分別對應(yīng)圖中的MoS₂-1、MoS₂-2、MoS₂-3(從上至下依次排列)。

圖2為實(shí)施例1制備的二硫化鉬材料10000倍掃描電鏡照片。

圖3為實(shí)施例2制備的二硫化鉬材料10000倍掃描電鏡照片。

圖4為實(shí)施例3制備的二硫化鉬材料10000倍掃描電鏡照片。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步描述，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不僅限于此。

實(shí)施例1、一種多層二硫化鉬材料的制備方法(多層二硫化鉬材料的溶膠-凝膠合成方法)，依次進(jìn)行以下步驟：

1)、稱量0.2g(0.16mmol)四水合鉬酸銨作為鉬源和0.4g(5.32mmol)硫代乙酰胺作為硫源；將上述2種試劑(即四水合鉬酸銨和硫代乙酰胺)倒入8ml的去離子水中，置于攪拌臺上充分?jǐn)嚢?小時(shí)，使試劑完全溶解。

2)、將作為螯合劑的二乙基三胺五乙酸0.05g(0.13mmol)加入至步驟1)所得溶液中，攪拌3小時(shí)，得到紅棕色的溶膠。

3)、將步驟2)所得的溶膠置于60℃烘箱中，12小時(shí)后得到棕色的凝膠。

4)、將步驟3)所得的凝膠繼續(xù)于60℃干燥4天從而使水分完全蒸發(fā)，得到干凝膠。

5)、將步驟4)所得的干凝膠置于管式爐中在氬氣氣氛保護(hù)下800℃進(jìn)行4小時(shí)熱處理，期間氬氣氣體流速為180sccm，最終得到多層二硫化鉬粉體。

實(shí)施例2、將實(shí)施例1)中步驟1)硫代乙酰胺的重量改為0.6g，其余等同于實(shí)施例1。

實(shí)施例3、將實(shí)施例1)中步驟1)硫代乙酰胺的重量改為0.8g，其余等同于實(shí)施例1。

實(shí)施例1～實(shí)施例3制備的二硫化鉬材料的XRD圖如圖1所示；根據(jù)圖1中MoS₂-1～MoS₂-3的對比，我們能得知，結(jié)晶性能：MoS₂-2>MoS₂-1>MoS₂-3。

二硫化鉬晶體沿Z軸方向?qū)娱g距為0.62nm，實(shí)施例1樣品中，由二硫化鉬分子堆積成的顆粒沿Z軸方向有13.3nm，即21層。實(shí)施例2樣品中，由二硫化鉬分子堆積成的顆粒沿Z軸方向有15.5nm，即25層。以上數(shù)據(jù)是將XRD圖譜通過Jade軟件分析計(jì)算出來。實(shí)施例3由于結(jié)晶性和物相不好，層數(shù)無法進(jìn)行分析。

對比例1-1、將實(shí)施例2中的“二乙基三胺五乙酸”改成“乙二胺四乙酸”，摩爾量不變；其余等同于實(shí)施例2。

對比例1-2、將實(shí)施例2中的“二乙基三胺五乙酸”改成“氨基三乙酸”，摩爾量不變；其余等同于實(shí)施例2。

對比例2-1、將實(shí)施例2中的鉬源由“四水合鉬酸銨”改成“二水合鉬酸鈉”，摩爾量為1.13mmol(即，保持了Mo的摩爾量不變)，同時(shí)，將硫源由“硫代乙酰胺”改成“硫脲”，摩爾量不變(即，仍為5.32mmol)，其余等同于實(shí)施例2。

對比例2-2、將實(shí)施例2中的鉬源由“四水合鉬酸銨”改成“二水合鉬酸鈉”，摩爾量為1.13mmol(即，保持了Mo的摩爾量不變)，同時(shí)，將硫源由“硫代乙酰胺”改成“四硫代鉬酸銨”，摩爾量為1.33mmol(即，保持了S的摩爾量不變)，其余等同于實(shí)施例2。

上述對比例1-1、1-2、2-1、2-2，均不能有效形成凝膠，因此最終也無法得到二硫化鉬晶體。

最后，還需要注意的是，以上列舉的僅是本發(fā)明的若干個(gè)具體實(shí)施例。顯然，本發(fā)明不限于以上實(shí)施例，還可以有許多變形。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能從本發(fā)明公開的內(nèi)容直接導(dǎo)出或聯(lián)想到的所有變形，均應(yīng)認(rèn)為是本發(fā)明的保護(hù)范圍。