[发明专利]一种在陶瓷管上原位生长分级结构二硫化钼纳米花球的方法

说明书

本发明涉及一种在陶瓷管上原位生长分级结构二硫化钼纳米花球的方法，属于纳米传感器的制备技术领域。本发明的方法包括以下步骤：一、在氧化铝陶瓷管上制备二硫化钼籽晶层；二、将覆盖有二硫化钼籽晶层的氧化铝陶瓷管置于二硫化钼生长溶液，120℃以上恒温水热生长12‑36 h，即可；所述二硫化钼生长溶液由钼酸钠、硫脲、柠檬酸和去离子水组成，其中，钼酸钠、硫脲的摩尔比为1:4‑5。本发明首次公开了在陶瓷管上原位生长分级结构二硫化钼纳米花球的方法；本发明的方法，无需先制备出二硫化钼粉末，而是直接在衬底上生长出呈花球状结构的二硫化钼；无需涂覆、步骤简单、耗时短。

技术领域

本发明涉及一种在陶瓷管上原位生长分级结构二硫化钼纳米花球的方法，属于纳米传感器的制备技术领域。

背景技术

气敏传感器是用来探测一种气体是否存在于被测环境中的设备，它能够探测气体的浓度大小甚至气体种类。敏感材料与探测气体发生反应产生电信号，再通过特定的元件将电信号进行处理达到对气体的定量或者半定量检测报警的要求。目前，气敏传感器的应用领域已经非常广泛，从电子、信息，到工业、国防，再到农业、居家，很多地方都有已经离不开气敏传感器，例如检测工业气体、天然气、瓦斯、实验室气体等有毒有害气体以及酒精检测器等，都需要气敏传感器的监测。

二硫化钼是一种典型的过渡金属硫化物，具有跟石墨烯相类似的二维层状结构，层与层之间依靠范德华力连接，每层二硫化钼都是由两侧的硫原子和中间的钼原子组成。在结构上，二硫化钼有三种主要的晶体结构，其中，1T-二硫化钼和3R-二硫化钼是处于亚稳态的结构，而2H-二硫化钼是自然状态下最稳定的形态结构。作为一种半导体材料，二硫化钼具有可变的禁带宽度，层状的二硫化钼的禁带宽度为1.9 eV，而块状的二硫化钼的禁带宽度为1.2 eV。由于二硫化钼具有很多优良的特性，包括大量的活性位点（例如硫缺陷、空位和边缘位点）、较高的比表面积和较高的制备产率，而被应用于气敏传感器中。二硫化钼气敏传感器对很多气体都有良好的气敏响应，包括NO2、NH3、O2、H2等小分子气体和乙醇、三乙胺等挥发性有机化合物。目前，二硫化钼的合成方法主要有物理提纯法和化学合成法。通过这些方法，多种形貌的二硫化钼被成功的制备出来，包括二维的层状结构和分级结构的纳米花球，纳米棒等。但是现在很多二硫化钼气敏传感器的制备方法主要还是通过手工涂覆将合成二硫化钼固体材料涂覆在沉底上，这种制备方法不仅耗时耗力，而且涂覆的材料厚度不均，研磨过程中还会破坏二硫化钼的原始结构，不利于气敏性能的分析。

在此之前，我们课题组实现了ZnO、二氧化锡、Fe2O3等多种材料在陶瓷管、陶瓷片上的直接生长，并且这些传感器都有非常优良的气敏性能。但是，目前还没有关于在氧化铝陶瓷管上原位生长二硫化钼纳米花球的相关报道。

发明内容

由于纳米结构在生长过程中受多种因素的影响，所以，本领域技术人员无法预测在制备过程中改变工艺参数会对二硫化钼的纳米结构产生怎样的影响。而发明人在试图在现有方法的基础上进行原料替换，以在氧化铝陶瓷管上直接生长出二硫化钼纳米花球；实验过程中发现：是否存在二硫化钼籽晶层、原料（钼酸盐、硫化试剂）的选择、钼酸钠和硫脲(硫代乙酰胺)的摩尔比、水热生长温度、水热生长时间都会对二硫化钼的结构产生显著影响；其中任何一个因素控制不当，则无法获得规则的分级结构二硫化钼纳米花球；只有采用特定的工艺才能获得直接生长于氧化铝陶瓷管的二硫化钼纳米花球。

本发明的目的之一在于：提供一种在陶瓷管上原位生长分级结构二硫化钼纳米花球的方法。本发明以氧化铝陶瓷管为衬底，利用浸渍法先在氧化铝陶瓷管衬底上制备二硫化钼籽晶层，利用水热法在覆盖有二硫化钼籽晶层的氧化铝陶瓷管上合成分级结构的二硫化钼纳米花球。

一种在陶瓷管上原位生长分级结构二硫化钼纳米花球的方法，包括以下步骤：

一、在氧化铝陶瓷管上制备二硫化钼籽晶层；

二、将覆盖有二硫化钼籽晶层的氧化铝陶瓷管置于二硫化钼生长溶液，120℃以上恒温水热生长12-36 h，即可；