[发明专利]三维MoS2@MWNTs 纳米结构及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及电化学材料、半导体材料与器件技术领域，具体涉及一种三维MoS₂@MWNTs纳米结构及其制备方法。

背景技术

MoS₂作为一种P型窄禁带半导体材料，其直接带隙为1.8-1.9eV，具有良好的导电性，由于其独特的电化学和光学性能，MoS₂在在锂离子电池、光催化、场发射、传感器等领域都有着广泛的研究与应用。多壁碳纳米管(MWNTs)作为一种廉价、低毒、面向未来的半导体材料，已经被广泛用于和其它窄禁带半导体材料进行复合来研究其新的特性。近来，MoS₂@MWNTs结构体系已经引起众多研究学者的关注，利用各种方法制备出各种不同的MoS₂@MWNTs纳米体系结构，并研究其光电特性，但现有技术中很少有能应用于大规模生产的制备方法，且反应条件苛刻、生产成本昂贵。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种三维MoS₂@MWNTs纳米异质结构半导体材料。本发明提供的一种三维MoS₂@MWNTs纳米结构，其包括MoS₂和MWNTs；其中，所述MoS₂和所述MWNTs均匀交叉，以所述MWNTs为骨架，在所述MWNTs表面上覆盖多层MoS₂纳米层和MoS₂纳米突起；形成三维MoS₂@MWNTs纳米结构。

本发明中，三维MoS₂@MWNTs纳米结构是指MoS₂以MWNTs为骨架，MoS₂和MWNTs生长在一起而形成的三维纳米结构。

三维MoS₂@MWNTs纳米半导体材料是指在空间三个方向都不在纳米范围内的立体结构材料。三维MoS₂@MWNTs纳米异质结构半导体材料是指在MoS₂和MWNTs接触面上形成异质结的纳米半导体材料。本发明的独特的纳米花复合结构是以MWNTs为骨架在其表面生长的形成的独特的三维纳米结构晶体。

本发明三维MoS₂@MWNTs纳米结构中，所述MWNTs管径为20nm-30nm，例如，20nm、25nm、30nm等。

本发明三维MoS₂@MWNTs纳米结构中，构成所述MoS₂纳米层的纳米薄片的厚度为几个纳米，即2-9nm。构成所述MoS₂纳米突起的纳米薄片的厚度可达到十个纳米，为4-10nm。

本发明三维MoS₂@MWNTs纳米结构中，MoS₂纳米层的层数为3-7层。所述MoS₂纳米层之间的间距为0.71nm。

本发明三维MoS₂@MWNTs纳米复合结构具有很大的比表面积，其独特的三维的插花结构加上一维碳纳米管使得比表面积较大，并且大约有3-7层MoS₂层包覆在骨架MWNTs的表面上，使MoS₂层间距变大，形成独特的纳米花复合结构。

本发明还提供了一种三维MoS₂@MWNTs纳米结构的制备方法，从而解决现有技术存在的制备方法条件苛刻、成本高等问题。本发明三维MoS₂@MWNTs纳米结构的制备方法，生产成本低，重复性高，适用于大规模工业生产，包括步骤如下：

(1)将涂有La₂NiO₄催化剂的硅片置于反应容器中，在高温、保护气体条件下，通入甲烷气体，反应合成MWNTs；

(2)在多元醇溶液中，利用水热法，将前述MWNTs和MoS₂前驱体合成MoS₂@MWNTs纳米花复合结构；MoS₂前驱体是指MoS₂未长成的反应物的离子；

(3)在保护气体条件下，将前述MoS₂@MWNTs花复合结构高温退火，得到如权利要求1所述的三维MoS₂@MWNTs纳米结构。

其中，所述多元醇为聚乙二醇、季戊四醇等。