一种单层二硫化钼纳米片的制备方法 |
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| 申请号 | CN201710633922.X | 申请日 | 2017-07-29 | 公开(公告)号 | CN107244697A | 公开(公告)日 | 2017-10-13 |
| 申请人 | 深圳孔雀科技开发有限公司; | 发明人 | 宋驁天; 汪远昊; 彭晋卿; 詹宸; 杜争; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种 单层 二硫化钼纳米片的制备方法，包括以下步骤：(1)将200‑250mg粒径小于2μm的二硫化钼粉末、90‑110mg壳聚糖粉末、1‑1.2g 离子液体 和10‑15mL 有机 溶剂 均匀混合并转移至密闭玻璃容器，得到第一分散液；(2)将第一分散液超声处理，处理结束后高速离心分离，收集沉淀；(3)将所述沉淀分散在0.5％的 醋酸 溶液中，离心分离并收集沉淀，重复两次；(4)将所述沉淀分散在去离子 水 中，低速离心分离，收集上清液得单层二硫化钼纳米片溶液。本发明工艺简单、成本低、产率高于25％、重复性好，能克服 现有技术 中得到的二硫化钼纳米片尺寸大、单层产率低、粒径不均等 缺陷 。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种单层二硫化钼纳米片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤： |
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| 说明书全文 | 一种单层二硫化钼纳米片的制备方法技术领域背景技术[0002] 作为一种类石墨烯的二维纳米材料，层状二硫化钼纳米材料具有许多独特的物理化学特性。二硫化钼纳米材料的带隙与层数有关，当剥离至单层时，其半导体间隙从间接带隙结构将转换为直接带隙结果，导致光子吸收截面比石墨烯和贵金属纳米颗粒还要大，其荧光量子效率也得到大大增强。比表面积大、光吸收截面大、量子效率高、机械性能好、带隙结构独特使二硫化钼纳米材料在光电器件、传感器、催化、电池、储存及生物医学等领域具有广阔的应用前景。因此，单层二硫化钼纳米片的制备极具现实意义。 [0003] 目前，制备二硫化钼纳米片的方法包括机械剥离法、离子插层剥离法、化学合成法、化学气相层积方法等。机械剥离法制备量子点产率低、耗时长；离子插层剥离法需要离子作为稳定剂；化学气相层积方法无法大规模和高效率制备量子点。授权公告号CN103803651B，发明名称：一种制备二硫化钼纳米片的方法，是通过以下工艺过程实现的：将购买的MoS2粉末和碳酸锂按摩尔比为1:42的比例均匀混合，放入装有40毫升苯甲醇的高压釜中，密封。在200℃中保持48小时。待自然冷却后，真空干燥得到中间产物。取0.2g-0.6g中间产物放入20ml二甲基甲酰胺和10ml水的混合液中，超声分散12h。得到的分散液用 500rpm(转/分钟)-600rpm离心30-45分钟，再取上层清液用6000rpm-8000rpm离心6分钟，产物用3％的HCl清洗两次，用去离子水洗至中性，最后产品真空干燥，得到片状的纳米二硫化钼。本发明所剥离出的二硫化钼为纳米片。该方法工艺复杂，制备的量子点表面通常含有配体，不利于电子传输。因此开发一种高产率、规模化制备二硫化钼量子点的制备方法迫在眉睫。 发明内容[0004] 本发明提供了一种单层二硫化钼纳米片的制备方法，解决现有二硫化钼量子点制备方法产率低、耗时长、无法大规模和高效率制备纳米片的问题。 [0005] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为： [0006] 一种单层二硫化钼纳米片的制备方法，包括以下步骤： [0008] (2)将第一分散液超声处理，处理结束后高速离心分离，收集沉淀； [0009] (3)将所述沉淀分散在0.5％的醋酸溶液中，离心分离并收集沉淀，重复两次； [0010] (4)将所述沉淀分散在去离子水中，低速离心分离，收集上清液，得单层二硫化钼纳米片溶液。 [0011] 优选地：骤(1)中，所述的密闭玻璃容器为100mL血清瓶或其他相似容器。 [0012] 优选地：步骤(2)中，所述的超声处理为超声功率为100-150W，所述超声时间为1.5-2.5小时。 [0013] 优选地：步骤(2)中，离心转速为10000-15000转/分，离心时间为10-20分钟。 [0014] 优选地：步骤(3)中，离心转速为10000-15000转/分，离心时间为10-20分钟。 [0015] 优选地：步骤(4)中，离心转速为3500-4500转/分，离心时间为20-40分钟。 [0016] 优选地：所述离子液体为1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐。 [0018] 优选地：所述单层二硫化钼纳米片溶液中二硫化钼纳米片的浓度为1.25g/L。 [0019] 本发明也提供了一种单层二硫化钼纳米片的制备方法，所述的单层二硫化钼纳米片的尺寸为50-100nm。 [0020] 本发明有益效果： [0021] 本发明的制备方法，以一步法实现将二硫化钼块体的剥离至单层，此方法工艺简单、耗时短、产率高、可重复性好，适合大规模生产，相比目前的机械剥离法及化学气象层积等方法具有明显的优势，可获得单分散性好、尺寸均匀的小尺寸二硫化钼纳米片，易实现低成本产业化生产，可以实现从二硫化钼块体到单层纳米片的大规模产业化制备，为二硫化钼纳米片在光电器件、传感器、催化、电池、储存及生物医学等领域的应用奠定基础。 [0022] 本发明的制备方法制备得到的单层二硫化钼纳米片的尺寸在50-100nm，粒径分布较窄，尺寸较小，在紫外光可见区表现出明显的吸收特性，可以应用于制备光热治疗药物、光学生物标记物、传感器等生物医学前沿领域。 [0023] 本发明中的离子液体和第一有机溶剂组成剥离液，此剥离液中两种液体的表面能与二硫化钼的表面能非常接近，此剥离液能够有效的削弱层间范德华力，高效的将二硫化钼剥离成单层纳米片。所述的离子液体和第一有机溶剂互溶，能够协同发挥作用，离子液体是可循环使用的绿色有机溶剂，不会造成环境污染。所述的壳聚糖能够吸附在剥离的二硫化钼表面，一方面阻止二硫化钼纳米片再结合另一方面增强二硫化钼纳米片在溶液中的稳定性。 [0024] 在本发明中，步骤(2)中，超声提供的能量能削弱层间范德华力使其更进一步剥离并得到少量纳米片，使得二硫化钼纳米片的产率大大提高。密闭玻璃容器为100mL血清瓶或其他相似容器。步骤(3)中，0.5％的醋酸用于去除多余的壳聚糖。附图说明 [0025] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 [0026] 图1为本发明实施例1制得的二硫化钼纳米片在去离子水中的紫外可见吸收光谱； [0027] 图2为本发明实施例1制得的二硫化钼纳米片的低倍透射电子显微镜成像图(TEM)； [0028] 图3为本发明实施例1制得的二硫化钼纳米片的高倍透射电子显微镜成像图(HRTEM)； [0029] 图4为本发明实施例1制得的二硫化钼纳米片的原子力显微镜成像图(AFM)。 具体实施方式[0030] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 [0031] 实施例1 [0032] 一种单层二硫化钼纳米片的制备方法，包括如下步骤： [0033] (1)将250mg粒径小于2μm的二硫化钼粉末、100mg壳聚糖粉末、1g1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐和10mLN-甲基吡咯烷酮均匀混合并转移至密闭玻璃容器，得到第一分散液；； [0035] (3)将所述沉淀分散在0.5％的醋酸溶液中，在12000转/分条件下离心15分钟并收集沉淀，重复两次； [0036] (4)将所述沉淀分散在去离子水中，4000转/分条件下离心30分钟，收集50mL上清液，得单层二硫化钼纳米片溶液，单层二硫化钼纳米片溶液中二硫化钼纳米片的浓度为1.25g/L。 [0037] 本实施例1所得的单层二硫化钼纳米片较稳定，可以在室温下存放12个月。将本实施例1所得的二硫化钼纳米片进行表征，结果如1-4图所示，图1可以看出二硫化钼纳米片在250-800nm区域表现出明显的吸收特性，其吸收峰值约在392nm、446nm、602nm、664nm；图2中可以看出所制得的二硫化钼纳米片单分散性好、尺寸均匀，其尺寸在80nm左右；图3中可以明显看到二硫化钼量子点原子层的晶格条纹，其中，晶格间距为0.27nm；图4中可以看出所制得的二硫化钼纳米片厚度为1nm，对应于1层二硫化钼。 [0038] 实施例2 [0039] 一种单层二硫化钼纳米片的制备方法，包括如下步骤： [0040] (1)将200mg粒径小于2μm的二硫化钼粉末、90mg壳聚糖粉末、1.1g1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐和12mL N,N-二甲基甲酰胺均匀混合并转移至密闭玻璃容器，得到第一分散液；； [0041] (2)将所述玻璃容器置于超声波清洗机中，在功率为100W的条件下处理2.5小时后，将处理后的液体在10000转/分条件下离心20分钟，收集沉淀； [0042] (3)将所述沉淀分散在0.5％的醋酸溶液中，在15000转/分条件下离心10分钟并收集沉淀，重复两次； [0043] (4)将所述沉淀分散在去离子水中，4500转/分条件下离心20分钟，收集50mL上清液，得单层二硫化钼纳米片溶液。 [0044] 本实施例1所得的单层二硫化钼纳米片较稳定，可以在室温下存放12个月。将本实施例所得的二硫化钼量子点进行表征，结果与实施例1类似。 [0045] 实施例3 [0046] 一种单层二硫化钼纳米片的制备方法，包括如下步骤： [0047] (1)将250mg粒径小于2μm的二硫化钼粉末、110mg壳聚糖粉末、1.2g1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐和15mL乙醇均匀混合并转移至密闭玻璃容器，得到第一分散液；； [0048] (2)将所述玻璃容器置于超声波清洗机中，在功率为150W的条件下处理1.5小时后，将处理后的液体在15000转/分条件下离心10分钟，收集沉淀； [0049] (3)将所述沉淀分散在0.5％的醋酸溶液中，在10000转/分条件下离心20分钟并收集沉淀，重复两次； [0050] (4)将所述沉淀分散在去离子水中，3500转/分条件下离心40分钟，收集50mL上清液，得单层二硫化钼纳米片溶液。 [0051] 本实施例1所得的单层二硫化钼纳米片较稳定，可以在室温下存放12个月。将本实施例所得的二硫化钼量子点进行表征，结果与实施例1类似。 |
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