[发明专利]一种基于液相分散的二维MoS2纳米片的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种二维MoS₂纳米片的制备方法。

背景技术

二维纳米片(2D-nanasheets)是一种最薄的功能纳米材料，它具有原子或者分子的厚度和与厚度相比无限大的平面尺寸。MoS₂层内是一种S-Mo-S垂直堆垛结构，层间以微弱的范德华力结合。正因为这种特殊的结构，使得破坏MoS₂的层间作用，制备单层的MoS₂纳米片成为可能。单层的MoS₂厚度约为块状的MoS₂是带隙宽度为1.2eV的间接带隙半导体，其荧光(PL)信号很弱。但是单层的MoS₂是直接带隙半导体，其禁带宽度为1.9eV，有很强的PL信号。这种性质的改变使得MoS₂纳米片对电、磁、光等能产生一些特异的反应。同时理论与实验报道表明MoS₂的带隙宽度随应力变化，即PL峰值位置会随应力变化。这使它在半导体领域有着巨大的应用前景。另外，MoS₂的“悬挂键”和其优异的热稳定性与力学性质都使具有更加广泛的应用潜力。MoS₂纳米片被誉为半导体领域的“石墨烯”，它将在光电子器件和增强材料的多功能性方面将展现出很大的应用前景。

目前，获得单层MoS₂纳米片的方法主要有微机械法，离子插层法、反应沉积法、溶剂热法等。微机械法通过机械剥离制备MoS₂纳米片，该法制备的MoS₂纳米片数量较少，不能广泛应用实际生产。离子插层法的制备工艺复杂，对制备环境要求高。反应沉积法制备的MoS₂纳米片质量较差。溶剂热法在制备MoS₂纳米片工艺复杂，需要加入表面活性剂，易引入杂质。超声分散法是目前较好的制备的MoS₂纳米片悬浮液的方法，该法工艺流程简便易行，MoS₂纳米片悬浮液也具有更多的实际用途。但通过超声分散法制备MoS₂纳米片悬浮液的浓度较小，MoS₂纳米片的厚度不够接近单层。另外，超声分散法的制备工艺也不是很完善与统一，需要不断进行改进与优化。

发明内容

本发明目的是为了解决现有制备MoS₂纳米片的工艺复杂，得到的纳米片厚度不够接近单层和MoS₂纳米片悬浮液中MoS₂纳米片浓度较小的问题，而提供一种基于液相分散的二维MoS₂纳米片的制备方法。

本发明基于液相分散的二维MoS₂纳米片的制备方法按下列步骤实现：

一、将天然六方晶型的MoS₂块状粉末与分散溶剂混合，制备MoS₂的初始混合液；

二、采用高速剪切乳化仪以10000rpm～20000rpm的剪切速率对步骤一的初始混合液进行高速剪切20min～100min，得到剪切处理后的混合液；

三、对步骤二得到的剪切处理后的混合液进行超声处理，得到超声处理后的混合液；

四、以1500rpm～6000rpm的转速对步骤三得到的超声处理后的混合液进行离心处理，离心完成后取上层清液，静置22～26h，然后再取静置完成的反应液的上层清液，得到二维MoS₂纳米片悬浮液；

其中步骤一所述的分散溶剂为1-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、1-乙烯基-2-吡咯烷酮（NVP）、二甲基亚砜（DMSO）或二甲基甲酰胺（DMF）。

本发明基于液相分散的二维MoS₂纳米片的制备方法主要包含以下优点：

1、本发明制备二维MoS₂纳米片悬浮液的工艺操作简单易行，所用设备均为本领域常规仪器，工艺周期短，对工艺环境的要求较低，成本低廉。

2、制备的MoS₂纳米片悬浮液的浓度较大、产量高、稳定性好。对比可知MoS₂纳米片悬浮液的荧光现象明显增强，MoS₂纳米片厚度约在2nm左右，层数大约为1～2层，MoS₂纳米片的厚度更接近单层。