[发明专利]一种片状纳米材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及片状纳米材料的制备领域，具体涉及一种片状纳米材料及其制备方法。

背景技术

石墨、MoS₂、WS₂、MoSe₂、WSe₂、BN等材料具有特殊的层状晶体结构，当其尺寸为纳米尺度时，特别是厚度为单原子层或数层时，其表现出与块体材料不同的物理化学特性，已经被证明在修饰电极、储能电池、太阳能电池、导电薄膜、复合涂层等领域有具有潜在的应用价值。困扰片状纳米大规模推广应用的主要障碍是材料的大规模生产制备问题，经过十来年的快速发展，已经发展出了机械剥离法、化学气相沉积法、外延生长法、电化学方法、电弧法、有机合成法等制备方法，但由于这些方法普遍生产成本过高，不适合大规模工业生产，我们在专利CN201410392616.8公开了一种采用盐酸和硝酸混合液，通过超声剥离方法制备片状纳米二硫化钼的方法，该方法通过超声过程中盐酸和硝酸反应产生的Cl₂和NOCl气体来促进二硫化钼的剥离，但该方法制备得到的二硫化钼，片状纳米二硫化钼产率偏低，且对WS₂，MoSe₂、WSe₂、BN和石墨的剥离效果较差。

发明内容

本发明提出了一种片状纳米材料的制备方法，将具有层状晶体结构微粉材料分散在盐酸和硝化物的第一混合溶液中，得到第二混合溶液，所述第二混合溶液中含有尺寸小的金属离子，通过加热超声的方法对前述第二混合溶液进行处理，处理完毕后，采用离心分离或抽滤方法分离，再用去离子水清洗后，制得所述片状纳米材料。其中，所述片状纳米材料的厚度小于20纳米。

其中，所述层状晶体结构的微粉材料为MoS₂、WS₂、MoSe₂、WSe₂、BN、石墨。

其中，所述的硝化物为硝酸、硝酸锂、硝酸钠、硝酸镁、硝酸钾、硝酸铜、硝酸锌、硝酸铁、硝酸钴、硝酸铋中的一种或两种以上。

其中，所述的盐酸为25-37％质量百分比浓度的盐酸。

其中，所述盐酸与硝化物的摩尔比为1:6～6:1。

其中，所述盐酸和硝化物第一混合溶液与微粉材料的质量比为10～100：1。

其中，所述加热温度为30～95℃；超声时间为10～120分钟。

其中，所述片状纳米材料厚度小于20纳米，极易分散于有机溶剂中。

本发明还提出了一种由所述方法制备得到的片状纳米材料，其厚度小于20纳米，极易分散于有机溶剂中。

本发明制备片状纳米材料的制备方法，步骤包括：

(1)第二混合溶液的制备

将盐酸与硝化物按摩尔比1:6～6:1混合，分散均匀后，加入具有层状晶体结构的微粉材料，让微粉材料充分在盐酸/硝化物的第一混合溶液中充分浸润，得到第二混合溶液。

(2)加热超声液相剥离

将步骤1中制备的第二混合溶液放在超声波发生器中，将水浴加热至30～95℃，然后进行超声，超声时间为10至120分钟，反应完毕后，产物采用过滤或者离心分离方法分离，并用去离子水进行清洗，最后将其收集并分散在醇类溶剂中。

本发明有益效果包括：本发明片状纳米材料的制备方法简单、效率高、产率高，盐酸与硝化物在超声条件下，会发生反应生成Cl₂和NOCl气体，同时金属离子能够进入晶体内部，在超声的作用下，通过振动促进晶体剥离，制备得到的片状纳米材料厚度小于20纳米，所需要的原料易得，适合大规模生产。

附图说明

图1为本发明实施例1制备得到的MoS₂材料的AFM图。

图2为本发明实施例2制备得到的MoS₂材料的AFM图

图3为本发明实施例3制备得到的MoS₂材料的AFM图。

图4为本发明实施例4制备得到的WS₂材料的AFM图。

图5为本发明实施例5制备得到的MoSe₂材料的AFM图。

图6为本发明实施例6制备得到的BN材料的AFM图。

图7为本发明实施例7制备得到的石墨纳米材料的AFM图。

图8为本发明实施例8制备得到的MoS₂材料的AFM图。

具体实施方法