[发明专利]一种二硫化钼纳米颗粒及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种二硫化钼纳米颗粒及其制备方法与应用，属于纳米材料的合成及其在催化和能量转换的领域。

背景技术

二硫化钼作为一种具有类石墨烯结构的层状半导体材料，如今已经得到了人们越来越广泛的关注，并在微电子领域表现出了良好的应用前景。然而，二硫化钼不仅仅具有优异的电学性能，其同样具有良好的催化活性。作为一种传统的加氢脱硫催化剂，二硫化钼在工业上的应用已经有数十年，同时，近些年来的研究表明，二硫化钼对于氢析出反应（Hydrogen evolution reaction,HER）同样具有优异的催化活性，能够用于环保性的氢能源的获取。这使得其在催化领域和能量转换领域都具有极好的应用潜能。

虽然二硫化钼具有一些潜在的催化性能，但微米级的体相二硫化钼催化活性极弱，应用价值较小，只有当二硫化钼的尺寸降低至纳米级的时候，其显著的催化活性才会表现出来。传统的合成二硫化钼纳米颗粒的方法有两种：一种是化学气相沉积法，这种方法通常是以Mo为原材料，在H₂S气氛中高温反应，从而得到二硫化钼粉末；另一种方法则是液相生长，其通常以(NH₄)₆MoO₂₄·4H₂O或(NH₄)₂MoS₄为原材料，然后用化学还原或者电还原的方法得到纳米二硫化钼。这两种方法各有优劣，然而，总的来说，它们都面临着生产成本高的问题，尤其是化学气相沉积法。

为实现能源的高效低成本转化，拓展二硫化钼的实际应用前景，必须考虑用更简便的方法获得高催化活性的二硫化钼纳米颗粒。二硫化钼在自然界中以辉钼矿的形式大量存在，然而体相的辉钼矿并不会表现出明显的催化活性，如果能够将辉钼矿直接转变成高活性的二硫化钼纳米颗粒，那么该方法一定能够极大地提升二硫化钼的实际应用价值。

发明内容

本发明的目的是提供一种二硫化钼纳米颗粒及其制备方法与应用。

本发明所提供的一种二硫化钼纳米颗粒的制备方法，包括如下步骤：

将辉钼矿或微米级二硫化钼与离子液体和/或有机溶剂进行混合得到混合物，将该混合物进行研磨和/或超声，然后经分离即得到所述二硫化钼纳米颗粒。

上述的制备方法中，所述的微米级二硫化钼是指商品化的二硫化钼微米级粉末，其粒径大于1微米。

上述的制备方法中，所述离子液体的阳离子为咪唑类化合物，阴离子为四氟硼酸根或六氟磷酸根，所用离子液体具体可为1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐等；

所述有机溶剂可为DMF、DMSO、N-甲基吡咯烷酮、氯苯、硝基苯、苯甲腈、N-甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、氯仿、乙醇、甲苯、N-乙烯基吡咯烷酮、N-正辛基吡咯烷酮、苯甲酸卞酯、环己酮或异丙醇。

上述的制备方法中，所述离子液体与所述有机溶剂的质量配比可为1：（0.01~100），如1：0.25。

上述的制备方法中，所述混合物中，所述辉钼矿或微米级二硫化钼与离子液体和/或有机溶剂的质量份数比可为1：（0.01~100000），具体可为1：1、1：1000或1：10000；

所述研磨的时间可为0.1h~200h，具体可为0.5h~10h、0.5h或10h；

所述超声的时间可为0.1h~200h，具体可为3h~20h、3h或20h。

上述的制备方法中，所述方法采用超声方式时，所述方法还包括向所述混合物中加入水的步骤，其中水与所述离子液体或有机溶剂的质量配比可为1：（0.01~100），如1：3。

上述的制备方法中，在将辉钼矿或微米级二硫化钼与离子液体和/或有机溶剂进行混合之前，所述方法还包括将所述辉钼矿或微米级二硫化钼进行粉碎的步骤。

上述的制备方法中，所述方法通过过滤、离心、柱层析和/或凝胶电泳的方式对所述混合物进行分离；

采用过滤进行分离时，可采用孔径为50nm~800nm的滤纸或者滤膜进行过滤；

采用离心进行分离时，可采用100rpm~30000rpm的转速进行分离，分别收集不同转速下的沉淀即可，如在4000rpm~8000rpm的范围内进行分离；

采用柱层析进行分离时，可采用甲醇、水、乙酸乙酯、二氯甲烷、丙酮、乙醇、甲苯及其混合溶剂作为洗脱剂进行洗脱，分别收集流出产物即可；

采用凝胶电泳进行分离时，可以琼脂或聚丙烯酰胺为介质在外加电场下对产物进行分离。