[发明专利]一种有机改性二硫化钼纳米片层及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米材料领域，特别涉及二硫化钼纳米片层领域。

背景技术

聚合物与无机物组成的聚合物纳米复合材料是近年来研究最为活跃的纳米复合材料，这种聚合物纳米复合材料不仅能显著改善材料的综合性能，而且能获得很多意想不到的新的物理化学性能，因而在新材料应用领域展现出了巨大的发展潜力。聚合物纳米复合材料的制备方法有很多种，其中插层复合法在全世界范围内研究最多，最具有使用价值和发展前途。这一方法主要是将单体插入层状无机化合物的层间，进行原位聚合反应，或者直接通过熔融、溶液共混的方式将聚合物链段插入层间，最终得到片层完全剥离的的层离纳米复合材料（Exfoliated nanocomposites）或层间距变大的插层型纳米复合材料（Intercalated nanocomposites）。

二硫化钼是从辉钼矿中提纯得到的一种矿物质，其外观呈灰黑色，有滑腻感。稳定的二硫化钼晶型属于六方晶系的层状结构(2H)，两层硫原子中间夹一层钼原子，形成三明治夹心结构，这种板层在晶体中上下堆积，使一个板层的硫原子层与另一个板层的硫原子层相邻，其间靠较弱的范德华力结合，层状结构中的钼原子周围排布6个硫原子，它们相互之间以共价键结合。层状结构的二硫化钼具有独特的物理和化学性能，在润滑领域一直享有“润滑之王”的美誉，在抗磨剂和润滑剂领域得到广泛的应用。

由于二硫化钼相邻的硫原子层间只有微弱的范德华力，较易从层与层之间劈开，因此利用二硫化钼制备聚合物纳米复合材料得到了快速的发展。常用制备二硫化钼聚合物纳米复合材料的方法主要分为两种：一种是直接将层状二硫化钼与聚合物混合获得二硫化钼聚合物复合材料，但是由于二硫化钼在聚合物中的分散性很差，因此用这种方法制备的复合材料性能提高不明显；另一种是先用层状二硫化钼制备插层二硫化钼，再与聚合物反应制备二硫化钼聚合物纳米复合材料，但是插层二硫化钼是亲水性化合物，分散在有机溶剂中时极易出现严重的团聚，导致其只能与水溶性聚合物反应制备二硫化聚合物纳米复合材料，限制了用二硫化钼制备聚合物纳米复合材料的发展。

因此，如何提高二硫化钼在有机溶剂中的分散性以便制备各种聚合物体系的二硫化钼聚合物纳米复合材料是本领域亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种制备简单、成本低，可在有机溶剂中良好分散的有机改性二硫化钼纳米片层，及其制备方法。

为实现上述目的，本发明提供了一种有机改性二硫化钼纳米片层的制备方法，其包括如下步骤：

（1）通过溶剂热法用插层剂对层状二硫化钼进行插层处理后离心、洗涤并干燥，得到插层二硫化钼；

（2）将步骤（1）制备的插层二硫化钼水解，得到二硫化钼悬浮液；

（3）将有机改性剂加入步骤（2）制备的二硫化钼悬浮液中，在25～90℃下反应3～10h，将得到的产物离心、洗涤并干燥，即获得有机改性二硫化钼纳米片层。

优选地，步骤（1）中所述插层剂为正丁基锂、氢氢化锂中的至少一种。

优选地，步骤（1）中所述层状二硫化钼与插层剂的摩尔比为1:3～6。

优选地，步骤（1）具体为：

将层状二硫化钼和插层剂加入有机溶剂中，在25～100℃下反应2～6h，将得到的产物离心、洗涤并干燥，得到插层二硫化钼。

优选地，步骤（2）中所述插层二硫化钼和去离子水的质量比小于10^-2。

优选地，步骤（2）中所述水解为超声水解。

优选地，步骤（3）中所述有机改性剂为十二烷基磺酸钠、三聚氰胺磷酸盐、二茂铁、有机季铵盐中的至少一种。

更优选地，所述有机季铵盐为十六烷基三甲基氯化铵、十六烷基三甲基溴化铵、十八烷基三甲基氯化铵、十八烷基三甲基溴化铵、对乙烯基苯三甲基氯化铵、十六烷基二甲基烯丙基氯化铵、对乙烯苯甲基十二烷基二甲基氯化铵中的至少一种。

优选地，插层二硫化钼和有机改性剂的质量比为1:1～10。

本发明还提供了一种用上述任一项方法制备的有机改性二硫化钼纳米片层，其层间距为1.1nm～3.0nm。

本发明首先对层状二硫化钼进行插层处理，再对插层二硫化钼进行水解处理，最后对二硫化钼悬浮液进行有机改性处理，制得有机改性二硫化钼片层。本发明提供的有机改性二硫化钼纳米片层制备方法简单，成本低，制得的有机改性二硫化钼纳米片层的层间距大，能较好的分散在有机溶剂中且不易团聚，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1为本发明有机改性二硫化钼纳米片层的制备方法的流程图；