[发明专利]一种二硫化钨纳米管的制备方法

说明书

一.技术领域

本发明涉及一种无机纳米材料的制备方法，具体地说是一种二硫化钨(WS₂)纳米管的制备方法。

二.背景技术

二硫化钨具有类似于石墨的层状结构，层间是较弱的范德华力，层内金属W原子与S原子以强的共价键相结合。但在外界的影响下WS₂片层边缘的悬空键很容易失稳而卷曲形成纳米管或富勒烯结构。富勒烯结构的WS₂纳米材料由于没有悬空键，具有较低的表面能、较高的化学稳定性，使得它的摩擦性能远优于传统的层状2H-WS₂。WS₂纳米管因其独特的结构和性能可应用于固体润滑剂(尤其是在高真空、高载荷下)、锂离子电池的电极材料、原油氢化脱硫的催化剂、储氢材料、扫描隧道显微镜针尖等众多领域。自从1992年二硫化钨的富勒烯与纳米管结构首次被发现以来，针对二硫化钨纳米管的制备已经开展了大量的研究工作。目前制备二硫化钨纳米管的方法主要有高温气固反应法、热分解法、水热法等。最初Tenne等人用H₂/H₂S/N₂在850℃还原钨的氧化物合成二硫化钨纳米管；C.N.R.Rao等人在氢气中1200℃-1300℃高温下直接加热分解(NH₄)₂WS₄制备了WS₂纳米管；Chen等人通过在H₂/C₄H₄S气氛下400℃催化热分解球磨后的(NH₄)₂WS₄合成WS₂纳米管。但是，在目前的研究成果中，同一反应过程得到的二硫化钨纳米管直径分布较广泛，通常在几到几百个纳米不等，即二硫化钨纳米管的尺寸和尺寸分布问题始终没有得到解决，而且纳米管纯度较低。

三.发明内容

本发明的目的在于提供一种二硫化钨纳米管的制备方法，该方法旨在解决二硫化钨纳米管的尺寸和尺寸分布问题，制备出的二硫化钨纳米管在尺寸和生长取向上都具有较好的一致性，而且产物纯净。

本方法以四硫代钨酸铵(NH₄)₂WS₄为原料，包括模板的制备、浸渍、热解和分离。与现有技术的主要区别是将多孔阳极氧化铝(AAO)模板浸渍于浓度为0.2～0.4mol/L的四硫代钨酸铵的二甲亚砜(DMSO)溶液中不少于半小时，取出AAO模板挥去溶剂二甲亚砜后置于还原气氛中在500～600℃下煅烧1～2h，冷却后自AAO模板上分离得到WS₂纳米管。所述的还原气氛为H₂和N₂按体积比1∶9混合的混合气体。

具体操作步骤如下：

(1)制备多孔阳极氧化铝模板：采用公知的二次阳极氧化法制备孔洞有序的AAO模板，电解液为0.3mol/L的草酸，氧化电压为50V，一次氧化时间为5h，二次氧化时间为12h，然后用5％的磷酸溶液通孔，清洗干净后烘干备用；

(2)配制前驱液：将原料四硫代钨酸铵溶于二甲亚砜(DMSO)中磁力搅拌使其完全溶解，配成0.2～0.4mol/L的前驱液；

(3)浸渍模板：将制备的AAO模板浸入在步骤(2)的前驱液中不少于半小时，将载有前驱液的AAO模板放在70℃的烘箱中，使二甲亚砜溶剂充分挥发；

(4)热分解前驱体：将上述已载有前驱体的模板放入水平管式加热炉中，以50ml/min的流量通入H₂/N₂(还原气体H₂和保护气体N₂的体积比为1∶9)的混合气体，以10℃/min的升温速度将管式炉加热到550℃，保温1-2h以充分反应，然后随炉冷却至室温，自AAO模板上分离得到蓝黑色的二硫化钨纳米管。

本发明采用AAO模板法制备二硫化钨纳米管，温度相对较低，成本低廉，生产工艺简单易控，通过AAO模板孔洞的限制作用以抑制WS₂纳米管的生长方向，使其取向趋于一致，管径一致。制备得到的二硫化钨纳米管直径均匀一致并可控，二硫化钨纳米管由于其高的比表面积以及良好的润滑、催化性能，可以被用作固体润滑剂、催化剂和扫描探针等。

四.附图说明

图1是实施例一的二硫化钨纳米管的透射(TEM)照片

图2是实施例二的二硫化钨纳米管的透射(TEM)照片。