[发明专利]一种棒状二硫化钼材料及其制备和应用

说明书

本发明公开了一种水热合成棒状二硫化钼(MoS₂)的方法，以多钼酸有机铵盐为钼源，L‑半胱氨酸或谷胱甘肽为硫源，水热制备得到直径100～600nm，棒长5～100μm的棒状MoS₂。本发明方法简单，反应条件易于控制，棒状MoS₂产率高，产物表面由MoS₂纳米片堆叠而成。该棒状MoS₂应用于多环芳烃加氢过程中，表现出优异的催化性能，具有很高的应用价值。

技术领域

本发明属于无机纳米材料合成领域，具体涉及一种棒状二硫化钼材料的制备方法，并将其应用于多环芳烃加氢过程中。

背景技术

MoS₂是辉钼矿的主要成分，其晶体结构中存在一种夹心式板层：两层S原子夹一层Mo原子，形成“三明治”夹心结构。层内原子以强的共价键结合，层间则是较弱的范德华力，层与层之间很容易剥离，具有良好的各向异性与较低的摩擦因数。MoS₂是广泛使用的加氢催化剂，其活性位是层边缘的Rim位和Edge位(参见R.R.Chianelli.Journal ofCatalysis,1994,149,414-427.)。传统的催化剂为大块的MoS₂颗粒，其特点是粒径大、比表面小、活性组分的利用率较低。制备纳米级MoS₂催化剂可大大增加边缘位点数，提高加氢活性。

棒状纳米MoS₂由于其具有较大的长径比，较高的催化活性等优势成为人们研究的热点。楼雄文等人通过硝酸酸化七钼酸铵水热制备棒状三氧化钼,随后在在H₂S/H₂(95％H₂+5％H₂S)气氛中于600℃反应4小时可得棒状MoS₂(Chemistry of Materials,2002,14(11):259.)。该方法操作复杂，制备量小，不适合大规模生产。气固法制备条件苛刻，对设备环境的要求较高，且需要用到有毒气体H₂S等，所得的产物不易分散。

湿法化学合成法条件温和、操作简单，是一种很有优势的合成方法。朱永法等将硫氰酸钾与三氧化钼置于聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中180℃反应24h，低温合成了直径200nm左右的棒状MoS₂。该法制得的棒状二硫化钼纯度大约为30％，还有大量的纳米管和rag-like状的MoS₂(Materials Chemistry and Physics,2004,87,87-90.)。专利CN103086436A公开了一种以二水合钼酸钠作为钼源配制成溶液，以硫代乙酰胺作为硫化试剂，加入无机盐K₂CrO₄或者H₄O₄₀SiW₁₂作为添加剂，制得具有花状和棒状形貌的纳米MoS₂，而不是纯相棒状MoS₂。水热或溶剂热过程中，硫源、钼源、溶剂、pH等条件对产物的结构，尺寸和形貌均有较大的影响。但水热合成的纳米级产物往往易团聚，尺寸和形貌难以调控。因此，水热合成高纯相的棒状纳米MoS₂具有非常重要的意义。

多环芳烃是一类含有两个或两个以上芳环的碳氢化合物，有些多环芳烃还含有氮、硫、氧等杂原子和环戊烷等结构单元。由于多环芳烃具有很强的致癌、致突变及致畸性，以及自身的疏水性及低水溶性能使其很快沉积到环境中，被公认为是威胁生态环境的主要污染物(Wang W B.,et al.JACS,2003,125(35):10536-7.)。将多环芳烃加氢饱和后毒性会有所下降，且可以作为重要的化工原料和中间体广泛地应用于医药、染料以及燃料等领域。MoS₂作为催化剂的优点不仅仅是它的高活性，而且它对硫化物类毒物有很强的耐受性，不需要经过预硫化，催化剂稳定性好，不易失活。因此本发明制备的棒状MoS₂在多环芳烃加氢领域具有广阔的应用前景。

发明内容