[发明专利]一种具有层状壳层结构的中空球形二硫化钼的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种快速制备具有层状壳层结构的中空球形二硫化钼的方法。

背景技术

中国钼矿资源丰富，二硫化钼在催化、润滑、电池电极材料等领域有着广阔的应用。MoS₂的Mo-S棱面相当多，催化性能方面具有吸附能力强，反应活性高等优点，而且MoS₂具有较好的化学稳定性，不溶于水，只溶于王水和煮沸的浓硫酸，常用作催化剂，在油脂、醇中操作均有好的化学稳定性，在加氢和脱硫方面也具有较高的活性，在炼油领域得到广泛的应用。

目前二硫化钼材料的制备已有多种方法，如化学气相沉积法，高温硫化法，电化学法，水热与溶剂热法，高温热解法，物理法和天然矿物提纯法。然而，目前方法制备的多为片状二硫化钼，极大地限制了人们对该类材料的应用研究。

空心多孔材料由于具有较高的比表面，利于反应分子扩散等优点近年来备受瞩目。然而在由于相关理论缺乏与合成技术条件不具备，中空球形二硫化钼的制备及应用探索非常少。

杨依萍、李卓民等发表了二硫化钼中空微球的制备、表征以及光催化性能，其以四丁基溴化铵为添加剂，采用水热法制备得到了直径为2-6微米，壁厚约200纳米的二硫化钼空心微球。该方法存在过程复杂、溶剂复杂、反应温度高、反应时间长，不能批量生产的问题，且产物二硫化钼的形貌受四丁基溴化铵用量的影响很大。

吴壮志的纳米结构二硫化钼(钨)的制备及其性能研究中公开了几种制备二硫化钼的方法，其中采用表面活性剂促助法可生成二氧化钼空心微球，直径2-7微米，壁厚约200纳米，该方法存在反应条件严苛、产物形貌不稳定等缺点。

因此，现有的中空球形二硫化钼的制备由于条件限制，壁厚较厚，往往不能利用二硫化钼层状结构的特性，而且只能是小量生产，不能实现连续化和规模化，需要一种新的方法，来简单、高效且可连续化的制备具有单层或薄层层状壳层结构的中空球形二硫化钼。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有层状壳层结构的中空球形二硫化钼的制备方法，该方法具有制备时间短，效率高的特点。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种具有层状壳层结构的中空球形二硫化钼的制备方法，包括以下步骤：

1)制备前驱体溶液：

在水体系中，将钼源与硫源在酸性条件下进行反应，得到前驱体溶液；其中，钼和硫的原子比为1：1-50，所述酸性条件为pH值1.0-6.5；

2)制备前驱体溶液雾滴：

将步骤1)得到的前驱体溶液经超声雾化，使前驱体溶液以亚微米小液滴的形式存在，得到前驱体溶液雾滴；

3)制备具有层状壳层结构的中空球形二硫化钼：

将步骤2)得到的前驱体雾滴随惰性气体载气流入温度为400℃-800℃的反应器进行加热反应，流出的产物由水收集，得到具有层状壳层结构的中空球形二硫化钼，所述中空球形二硫化钼的粒径为500-5000nm，壳层厚度为3-30nm，壳层为层状结构。

所述亚微米是指为100nm-1000nm。

进一步地，所述步骤1)中，所述钼源选自硫代钼酸铵、硫代钼酸钠、钼酸铵、钼酸钠和钼中的一种或多种。

进一步地，所述步骤1)中，所述硫源选自硫脲、L-半胱氨酸、硫化氢、硫化钠和硫代乙酰胺中的一种多种。

进一步地，所述步骤1)中，水体系中，钼的浓度为10^-5-1×10^-1M。

酸度与材料的形貌和壳层厚度有关，步骤1)中，所述到酸性条件通过向水体系中加入酸得到，所述酸性条件为pH值2.0-5.5。

所述酸选自盐酸、硝酸、硫酸、甲酸和乙酸中的一种或多种。

所述步骤2)中，超声雾化是在超声雾化器中进行，使用市售超声雾化器即可。

进一步地，所述步骤3)中，惰性气体为氮气、氩气或氦气。

进一步地，所述步骤3)中，载气的流量为0.5-5L/min。

进一步地，所述步骤3)中，反应器的温度优选为500-800℃。

本发明通过控制前驱体的组成比例、反应温度等，制得了具有层状壳层结构的中空球形二硫化钼，它可以看作是层状的二硫化钼蜷曲而得，这种弯曲的二硫化钼层状结构可以改变钼原子之间的距离，进而改变钼的d电子中心，同时由于是在高温条件下、快速合成二硫化钼，二硫化钼中会产生较多缺陷和不饱和位点，这些缺陷和不饱和位点的存在会引起二硫化钼的光学、电学等性能的改变。