[发明专利]一种制备单层1T相二硫化钨/石墨烯复合材料的方法

说明书

技术领域

本发明属于二硫化钨/石墨烯复合材料的合成技术领域，具体涉及一种制备单层1T相二硫化钨/石墨烯复合材料的方法。

背景技术

二硫化钨与二硫化钼结构相同，都是典型三明治层状结构，由于其层间相对较弱的范德华力，也可以剥离成单层或少层数的纳米片，被认为是另外一种相当重要的二维纳米片材料，具有独特的物理、化学和电学特性。二硫化钨与二硫化钼相同，都存在三种相态，即1T、2H和3R相，其中，1T相是WS₂以一个S-W-S单分子层作为最小重复单元堆叠，而2H和3R相是以两个和三个S-W-S单分子层作为最小重复单元堆叠。自然界中大部分WS₂是以2H稳定相存在的，1T和3R相属于亚稳态结构，在一定条件下可以转变为2H相。由于单层2H相的WS₂已经失去了双分子层为最小重复单元的特性，因此也被称为1H相。不同的相态的WS₂材料所呈现的物理化学特性也不尽相同。例如，2H态材料展现半导体特性，而1T态的WS₂材料则呈现出金属特性。虽然单层WS₂纳米材料在热、电、光、力学等方面的性质及其在光电子器件领域的潜在应用引起了科研人员的广泛关注。然而，一般的化学、物理法难以制备出纯单层结构的WS₂纳米材料，尤其是不同相态的单层硫化钨剥离制备。目前有关二硫化钨的合成和应用报道大部分是WS₂纳米片、WS₂纳米棒以及WS₂与碳纤维和石墨烯等的复合物。例如：申请号为201510975198.X的专利公开了一种石墨状二硫化钨纳米片的制备方法；申请号为201610008800.7的专利公开了一种硫化钨纳米棒制备方法；申请号为201310533441.3的专利公开了类石墨烯二硫化钨纳米片制备方法；申请号为201510622958.9的专利公开了一种硫化钨/碳纳米纤维/石墨烯复合物的制备方法；申请号为201410065185.4的专利公开了一种二硫化钨纳米薄片的制备方法。这些方法合成的二硫化钨纳米材料尽管在某个维度方向上是纳米级，但都不是单层二硫化钨，此外目前公开的文献资料几乎未见有单层二硫化钨的相关报道，尤其是单一指定相态的单层二硫化钨纳米片的制备。WS₂纳米片在实际应用研究过程中，常与无定型碳、碳纳米管、碳纤维以及石墨烯等碳材料复合，以增加其导电性能。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供了一种简单、安全、高效且适合规模化生产的制备单层1T相二硫化钨/石墨烯复合材料的方法，该方法是以硫代钨酸铵和锂盐化合物为原料，在一定温度下热处理得到1T相的插锂Li₂WS₂块体，插锂Li₂WS₂块体在去离子水中水解自行剥离，再与添加的氧化石墨烯自组装成单层1T相二硫化钨/石墨烯复合材料，制得的单层1T相二硫化钨/石墨烯复合材料既可以提高材料的导电性能，又可以有效抑制单层1T相二硫化钨的团聚。

本发明为解決上述技术问题采用如下技术方案，一种制备单层1T相二硫化钨/石墨烯复合材料的方法，其特征在于具体步骤为：

（1）将硫代钨酸铵和锂盐化合物按1:2摩尔比混合研磨，研磨后的混合物在惰性气体保护下于800-1300℃保温1-10h，冷却至室温得到插锂的1T相硫化钨块体；

（2）将插锂的1T相硫化钨块体直接置于去离子水中，辅助超声水解剥离5-30min，再将得到的悬浮液置于离心机中，经离心分离去除未剥离的沉淀物后得到单层1T相WS₂纳米片悬浮液；

（3）将氧化石墨烯加入到1T相单层WS₂纳米片悬浮液中，超声分散5-10min，然后加入水合肼继续超声0.5-2h得到单层1T相WS₂/石墨烯悬浮液；

（4）将得到的单层1T相WS₂/石墨烯悬浮液在离心机上分别用水和乙醇离心洗涤去除可溶性杂质，最后将沉淀物单层1T相二硫化钨/石墨烯复合材料分散于小分子溶剂中保存，其中单层1T相WS₂纳米片的厚度小于1nm。

进一步限定，步骤（1）中所述的锂盐化合物为氢氧化锂、氯化锂、醋酸锂、碳酸锂、硫酸锂或硝酸锂中的一种或多种。

进一步限定，步骤（2）中所述的离心机转速为1000r/min，步骤（4）中所述的离心机转速为4000-20000r/min。