[发明专利]高纯相球形纳米二硫化钼的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及无机纳米材料二硫化钼(MoS₂)的制备领域，尤其是一种球形纳米二硫化钼的制备方法。

背景技术

二硫化钼具有良好的光、电、润滑、催化等性能，使其在电子探测、固体润滑、多相催化、储气材料及石油化工等方面有较好的应用潜力。二硫化钼具有典型的层状结构，层与层之间以较弱的范德华力相结合，容易剥离，且层与层之间容易插入离子。单原子层中每个钼原子被六个硫原子所包围，呈三角棱柱状，暴露出很多Mo-S棱面，可作为催化活性中心。纳米尺寸的二硫化钼具有量子尺寸效应、表面效应、暴露更多的活性中心等优点，使其具有更大的应用潜力。此外，纳米二硫化钼的纯度、尺寸、形貌和晶相结构对其性能均具有较大的影响。因此，制备具有高纯相、可控形貌、尺寸的纳米二硫化钼对开发高性能的二硫化钼材料具有重要的意义。

球形纳米二硫化钼具有较大的比表面积，较高的催化活性等优势成为人们研究的一个热点。目前，关于球形二硫化钼的制备主要集中在溶液化学合成，尤其是水热或溶剂热方法。中国专利CN101851006A公布了一种以醇类做溶剂，采用多种钼源化合物(包括钼酸铵、钼酸钠、仲钼酸铵、仲钼酸铵等)和硫源化合物(包括硫代乙酰胺、硫脲、硫、硫化铵等)做原料的超声辅助的溶剂热合成二硫化钼的合成过程，可得到二硫化钼微米球。中国专利CN103086436A公布了一种以二水合硫化钼，硫代乙酰胺为原料，无机盐K₂CrO₄辅助的水热合成方法制备了由棒状结构的二硫化钼堆积而成花状微米球。Tian等以七钼酸铵，硫化钠作为原料，盐酸羟胺作为还原剂，十二烷基苯磺酸钠作表面活性剂，采用化学还原-低温水热的合成过程制备了二硫化钼纳米球(Material Letter，2006，60，527-529)。在无机盐辅助和化学还原-低温水热的过程中，产物中易残留杂原子，很难得到纯相的二硫化钼。Tang等以钼酸钠，硫脲为原料，以去离子水作为溶剂，CTAB辅助的水热合成花状二硫化钼微米球(Micro&Nano Letters，2013，164-168)。二硫化钼片层堆积的比较松散，球体表面粗糙，粒径不均一且颗粒间团聚严重。赵兴蕾等以钼酸钠和硫代乙酰胺为原料，以去离子水作为溶剂，在十六烷基溴化铵为表面活性剂，pH为8的条件下制得了二硫化钼微米球。球体粒径不均一，团聚现象严重，且表面活性剂和pH对产物的结构、形貌影响较大。在强酸和碱性环境中，产物均为二氧化钼、三氧化钼和二硫化钼的混合物(青岛科技大学学报，2014，137-140)。

据报道，在球形二硫化钼的形成过程中，表面活性剂主要起模板剂的作用。在反应体系中，表面活性剂分子在溶剂中形成胶束，钼酸根受分子间相互作用力的影响吸附在胶束的表面，而后被硫化形成球形二硫化钼。在去离子水做溶剂时，体系极性较大，受体系表面张力的影响所形成的二硫化钼粒子易发生团聚尤其是微纳米态的。另外，体系中未形成胶束的表面活性剂分子以离子态形式存在，吸附在二硫化钼的表面，导致了二硫化钼球体表面不均匀，粒径分布范围较广(如对比例1)。而采用极性较小的无水乙醇做溶剂时，体系中表面活性剂分子以非离子化状态存在，分子间主要靠较弱的两亲分子之间的偶极-偶极及分子对的相互作用力，形成的胶束较为松散得到的球形二硫化钼表面粗糙，团聚现象严重且球体间界限模糊(如对比例2)。本专利采用无水乙醇和去离子水的混合溶液做溶剂，改变无水乙醇和去离子水的体积比调节溶剂的极性，并在最佳配比的无水乙醇与去离子水的混合溶液中得到了表面光滑，球形度高，尺寸均一，分散性好的球形纳米二硫化钼。

综上所述，在水热或溶剂热过程中，硫源、钼源、溶剂、助剂(无机盐，表面活性剂等)、pH等条件对产物的结构，尺寸和形貌均有较大的影响。在以上的反应过程中，采用的钼、硫前驱体、还原剂、表面活性剂、溶剂等原料中含Na⁺、K⁺等金属阳离子和CrO₄^2-、Br^-、Cl^-等阴离子，这些离子半径较小，易插入二硫化钼的片层结构中且在后处理过程中很难除去，并导致产物中有杂相如金属离子、无机阴离子和氧化钼等，产物结晶度较低，形貌不规则，团聚现象严重且尺寸分布范围宽。因此，溶液化学合成高纯相的球形纳米二硫化钼具有非常重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种工艺简单、反应条件温和，产物形貌规整，球形度高，粒径均一的球形纳米二硫化钼的制备方法。本发明采用的原料易得价格低廉，后处理简单，有望大批量生产。