[发明专利]一种通过煅烧纳米纤维状聚钼酸铵基钠并硫化制备二硫化钼纳米管的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种润滑材料二硫化钼的制备技术，具体而言是公开了一种二硫化钼纳米管的制备方法。

背景技术

随着科技的快速发展，纳米MoS₂在诸多方面都有着重要的应用，如：润滑、催化、喷涂和电子探针等。此外，由于纳米MoS₂为P型窄带隙的半导体材料，因此它还广泛应用于太阳能电池和光电器件等方面。

2H-MoS₂纳米管为典型的层状结构，其夹心层的上层S原子的弧对电子恰好延伸进上一夹心层的下层S原子群组成的带负电空穴区，所以2H-MoS₂由于静电排斥作用而更容易剪切，从而具有优异的润滑作用，可被用作固体润滑剂、润滑油、润滑脂的添加剂等，尤其适合于高真空下的电接触润滑[Tenne R,Redlich M,Chemical Society Reviews 39(2010)1423-1434.]。具有富勒烯管状结构的二硫化钼还具有极好的吸波性能[Zhu Y,Sekine T,Li YH,et al.,Advanced Materials 17(2005)1500-1503.]

虽然MoS₂纳米管具有巨大的应用前景，但存在着制备难等问题。近年来，学者们开发出众多合成二硫化钼纳米管的方法，如气相法[TENNE R,MARGULIS L,GENUT M,et al.,Nature 360(1992)444-446]、液相法[Margolin A,Rosentsveig R,Albu-Yaron A,et al.,Journal of Materials Chemistry 14(2004)617-624.]与固相法[Chen J,Li S-L,Xu Q,et al.,Chemical Communications 16(2002)1722-1723.]等，这些方法反应条件苛刻，耗能高、制备工艺复杂。

此外还有通过将聚钼酸铵基钠直接硫化得到二硫化钼纳米管的研究，但在硫化过程中前驱体容易断裂，使硫化反应体系和硫化条件较难控制。

因此，迫切需要开发出工艺更加简单、反应条件更易控制的方法以用于规模化制备二硫化钼纳米管。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种制备工艺简单、壁厚和管长可控且可规模化生产的二硫化钼纳米管的制备方法，所要解决的问题是通过先煅烧纳米纤维状聚钼酸铵基钠制成Na₂Mo₄O₁₃，以提高前驱体的结构稳定性，从而获得性能更加优异的二硫化钼纳米管。

本发明解决技术问题，采用如下技术方案：

本发明通过煅烧纳米纤维状聚钼酸铵基钠并硫化制备二硫化钼纳米管的方法，其特点在于：首先通过水热反应合成纳米纤维状聚钼酸铵基钠，然后对其进行煅烧，获得纳米纤维状Na₂Mo₄O₁₃；

在水热体系中，以含负二价硫元素的化合物为硫源对所述纳米纤维状Na₂Mo₄O₁₃进行硫化，所得产物经分离、洗涤和干燥后，获得二硫化钼纳米管；

或者在气相体系中，使用H₂和H₂S的混合气体对所述纳米纤维状Na₂Mo₄O₁₃进行高温硫化，所得产物经洗涤和干燥后，获得二硫化钼纳米管。

在上述方法中，通过调节纳米纤维状聚钼酸铵基钠的煅烧温度和煅烧时间来控制二硫化钼纳米管的长度，通过调节硫化物的用量和硫化时间控制纳米管的壁厚。

优选的，纳米纤维状聚钼酸铵基钠的煅烧温度范围在120～500℃，煅烧时间范围在0.5～40h。

优选的，当硫化体系为水热体系时，所用原料中钼、硫摩尔比为1:0.5～5.5，硫化反应温度为80～240℃，反应时间为2～30小时；

当硫化体系为气相体系时，所用混合气体中H₂S的体积百分数为5％～40％，硫化反应温度为180～800℃，反应时间1～18小时。

优选的，所述含负二价硫元素的化合物为硫脲、硫醇、硫代乙酰胺、硫化钠或胱氨酸。

优选的，所述洗涤是依次用氨水、去离子水和乙醇进行洗涤；所述干燥的温度为60～120℃。