[发明专利]一种二硫化钼纳米片及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及二维纳米材料领域，具体说是一种二硫化钼(MoS₂ )纳米片及其制备方法。。

背景技术

自英国曼彻斯特大学的Geim研究组于2004年通过微机械剥离的方法合成石墨烯以来，引发了人们对石墨烯及其复合材料的研究热潮，同时，类石墨烯二维纳米材料，如MoS₂纳米薄片、WS₂纳米薄片、黑磷纳米薄片，具有良好的催化析氢活性和储锂性能，在催化以及能源存储领域中具有潜在的应用价值。

二硫化钼纳米片(以下称MoS₂纳米片)可以通过多种方法制备，可以主要分为物理法和化学法，其中物理法可以分为微机械剥离、液相/气相直接剥离等方法，化学法可以分为化学气相沉积(CVD)、锂化法等方法。CVD方法是通过高温下气相反应而沉积在固体薄膜基底上的方法，该方法可以制备高质量、大面积的MoS₂，但较高的成本、复杂的工艺以及严苛的工艺条件控制条件制约了其发展。MoS₂还可以锂化法进行制备，其基本原理是通过含锂的有机化学试剂与MoS₂反应，将锂离子插入到MoS₂晶体的层间，然后通过与水的反应及超声作用即可获得MoS₂纳米片，但该法在生产过程中需要在惰性气体氛围下进行，以避免空气中O₂以及水蒸气与含锂的有机化学试剂反应，且耗时较长，限制了其进一步应用。液相机械剥离的方法可以制备出高质量的石墨烯以及类石墨烯二维纳米材料，但其效率低且成本高。

磁控反应溅射为物理气相沉积技术中的一种，通过磁控溅射的方法可以制备出具有不同微观结构的金属、金属氧化物、金属氮化物、金属硫化物等固体薄膜，因此，可以采用该技术制备MoS₂固体薄膜，通过控制溅射参数，可以制备出超薄MoS₂纳米片。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超薄MoS₂纳米片及其制备方法。

为达到上述目的，本发明的技术方案为：

本发明采用磁控反应溅射的方法制备二维MoS₂纳米片，以金属钼为靶材，以Ar与H₂S的混合气体为溅射气体，以金属铜、锌、锡、镍或者铝片为衬底，通过改变溅射参数，可以制备出沉积在金属衬底上的具有不同厚度的MoS₂纳米片，经过盐酸或者硝酸溶解掉金属衬底即可获得MoS₂纳米片。

所用气体为氩气与硫化氢气体，纯度都在99.99%之上。所用金属铜、锌、锡、镍或者铝片均经过机械剖光处理。

本发明的优良效果在于：

超薄MoS₂纳米片可以通过磁控反应溅射的方法制备，该方法工艺简单、制备周期短。作为锂离子电池的负极材料，该MoS₂纳米片显示出优异的充放电循环性能和倍率性能以及具有较高的比容量；作为电催化剂应用催化析氢反应或者氢气催化氧化反应中，该MoS₂纳米片显示出了优异的电催化活性，有效减小了电极的极化电阻。

1. 采用本发明制备的MoS₂纳米片作为锂离子电池的负极材料，有效提高了锂离子电池的充放电循环性能、倍率性能以及负极的比容量。

2. 采用本发明制备的MoS₂纳米片作为电催化剂用于氢气的催化氧化反应，有效减小了电极的极化电阻。

3．采用本发明制备的MoS₂纳米片作为电催化剂用于催化析氢反应，有效减小了电极的极化电阻。

4. 本发明适用于锂离子电池、燃料电池、电解工业等领域。

具体实施方式

实施例 1

以剖光后的铝片作为衬底，依次用丙酮、乙醇、蒸馏水超声清洗铝片