[发明专利]一种高纯和高结晶度的二硫化钛纳米片的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米材料技术，特别是一种可应用于光电探测器、锂离子电池以及超级电容器的六方晶系二硫化钛（TiS₂）纳米片的制备方法。

背景技术

     二硫化钛（TiS₂）是典型的过渡金属二硫族化物，其稳定结构为1T型的八面体配位结构，这是一种六方密堆CdI₂结构，六方基面垂直于基面呈高度各向异性；层内临近的六个S原子构成一个八面体，Ti位于八面体中心，形成一个TiS₆八面体，它们以共价键结合；在c轴方向形成S-Ti-S的“三明治”层状结构，层与层之间通过很弱的范德华力连接。

层状结构的TiS₂由于拥有间隙较大的范德瓦尔斯层，其他的分子原子很容易就能插层到其中，由于Li⁺能较容易进出TiS₂的范德瓦尔斯层，因此TiS₂作为锂离子电池阴极材料而被广泛研究。同时，纳米尺度的TiS₂具有表面等离子共振现象，可用于表面增强拉曼信号检测，作为灵敏的化学和生物传感器件在生物医学上有很好的应用前景。

目前，TiS₂的制备方法主要包括固相烧结法和液相胶体法。固相法主要制备尺度很大的二硫化钛块体材料，而液相胶体合成法可制备二硫化钛纳米材料。文献（Well-Defined Colloidal 2-D Layered Transition-Metal Chalcogenide Nanocrystals via Generalized Synthetic protocols, J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 18233-18236）采用液相胶体合成的方法，以TiCl₄、油胺和CS₂为反应试剂制备了小尺寸的TiS₂纳米晶，且尺寸范围调控小仅为40nm到150nm，制备的TiS₂纳米晶结晶性不好、纯度不高，没有明显的二维片状材料特征。文献（Synthetic Strategy and Structural and Optical Characterization of Thin Highly Crystalline Titanium Disulfide Nanosheets，J. Phys. Chem. Lett. 2012, 3, 1554?1558）采用液相法，以硫粉、TiCl₄和油胺为原材料反应制备出面积较大的TiS₂纳米片，但这种方法所制备的纳米片大小和形貌不均一，尺寸不可控，而且纯度不高，含有明显的针状TiO₂杂质。目前，现有液相合成技术中还不存在能够制备出大小和形貌均一、分散性好、尺寸可大范围调控、结晶度和纯度极高的TiS₂纳米片的制备技术。

发明内容

本发明的目的是提供一种高纯和高结晶度的二硫化钛纳米片的制备方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种高纯和高结晶度的二硫化钛纳米片的制备方法，采用两步法的液相胶体合成技术，第一步向容器中加入钛源和表面活性剂，加热至一定温度搅拌混合；第二步注入硫源，升温到反应温度并保温一段时间。通过改变反应时间、反应温度、反应物浓度，得到不同尺寸厚度的TiS₂纳米片，具体包括以下步骤：

步骤1、向反应容器中加入钛源和表面活性剂，混合搅拌；加入的钛源为TiCl₄，表面活性剂为油胺和十八烯的混合物，油胺和十八烯的物质的量之比为1:1~1:6，钛源和表面活性剂的物质的量比为1:5~1:20。

步骤2、升温至设定温度，用机械泵抽气，再通入保护性气体，再抽气，如此循环往复，以除去杂质，最后通入保护性气体从而保证反应体系为惰性环境；所述设定温度为100~140℃，保护性气体为Ar气、N₂气或二者的混合气体，循环往复的次数为10~15次。

步骤3、将反应体系继续升温到指定温度，之后搅拌，使反应物混合均匀；指定温度为180~300℃, 搅拌时间为20~30min。

步骤4、向反应容器中注入硫源，然后升温到反应温度，并保温；硫源为CS₂或硫粉，注入温度为180~300℃，钛源和硫源的物质的量比为1:2~1:15，反应温度为260~320℃，保温时间为60min~180min。