[发明专利]一种金属纳米颗粒非对称性单面镶嵌二硫化钼纳米片的合成方法

说明书

本发明提供一种金属纳米颗粒对称性单面镶嵌二硫化钼纳米片的合成方法，包括下列步骤：（1）将金属盐粉末材料和二硫化钼粉末材料按质量比为1:3–1:50进行充分研磨、混合；（2）将混合粉末置于流动空气中进行煅烧，金属盐分解生成金属纳米颗粒，并镶嵌在二硫化钼表面，自然冷却得到复合体；（3）将复合体溶解在溶剂中，并在水浴超声作用下剥离二硫化钼层状材料；然后对其离心得到上层清液，再对上层清液进行离心分离出金属纳米颗粒镶嵌二硫化钼纳米片。二硫化钼纳米片只单面镶嵌金属纳米颗粒，且纳米颗粒尺寸分布较窄且可调控，从而可调控二硫化钼的带隙，破坏二硫化钼的对称性，从而改变其电子结构，同时增加活性位点数目。

技术领域

本发明属于纳米复合材料领域，具体涉及一种金属纳米颗粒非对称性单面镶嵌到二硫化钼纳米片的方法。

背景技术

人类的发展对新型绿色能源材料的需求日益紧迫，与传统化石能源相比，氢气能源生成物为零污染的水，被普遍认为是最具潜力的未来能源之一。目前利用电化学催化方法（Hydrogen Evolution Reaction,HER）将太阳能转化为氢气能，是目前发展未来绿色能源的有效方法之一。为了在较低的过电势情况下获得较大的电流密度，电化学催化方法主要采用贵金属铂作为催化剂。但是，贵金属铂价格昂贵，出于成本和其在地球中含量的考虑，开发替代铂金属，且价格低廉的催化剂成为发展清洁能源的迫切需求。二硫化钼（molybdenum disulfide）作为过渡性金属双流属化合物（transition metaldichalcogenides）的一员，其储量丰富、无毒，且易于制备单层或少层的二维纳米材料。尽管石墨烯具有较高的电子迁移率，但是其零带隙极大地限制在电子器件方面的应用。二硫化钼二维纳米片的迁移率高达200 cm²/vs，开关电流比在室温下约为108，而且其尽带宽度随着层数可由简介带隙1.2eV变化为1.9eV直接带隙。因此，二硫化钼在电子器件和光电器件中具有广泛的应用。

纳米尺度的二硫化钼由于具有较高的电化学催化活性、储量丰富，且在酸性或碱性溶液中性能稳定，被认为是替代贵金属铂的理想材料之一。进一步研究表明，二硫化钼纳米材料的催化活性来源于裸露的面，而非表面的面。

由于二硫化钼占比重更多的表面原子并未参与电化学催化反应，科学家们研究出了各种方法，以更加有效地提高二硫化钼材料的催化活性。例如，在其表面引入具有催化活性的金属、金属氧化物或有机功能团，增加具有催化活性的位点。在保持二硫化钼物理化学性质的同时，引入杂质原子、创建空位缺陷，也可以有效地提高二硫化钼的催化性能。以上研究方法制备的金属纳米颗粒镶嵌二硫化钼复合材料中，金属纳米颗粒往往随机镶嵌在二硫化钼的两个表面。

纳米铂(Pt)金属粒子自身尺度为纳米级别，具有高的比表面积，因而能够表现出很多优良的物理化学性能，例如催化、吸附，能量存储等，但是将金属纳米颗粒非对称性镶嵌到二硫化钼纳米层的单面还是一个很具有挑战性的问题。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供的一种金属纳米颗粒非对称性单面镶嵌二硫化钼复合体的合成方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种金属纳米颗粒对称性单面镶嵌二硫化钼纳米片的合成方法，其包括下列步骤：

（1）将金属盐粉末材料和二硫化钼粉末材料按质量比为1:3 – 1:50进行充分研磨、混合；

（2）将混合粉末置于流动空气中进行煅烧，金属盐分解生成金属纳米颗粒，并镶嵌在二硫化钼表面，自然冷却得到复合体；

（3）将复合体溶解在溶剂中，并在水浴超声作用下剥离二硫化钼层状材料；然后对其离心得到上层清液，再对上层清液进行离心分离出金属纳米颗粒镶嵌二硫化钼纳米片。

进一步方案，所述的金属盐为Au、Ag、Pt、Co、 Ni、Mo、Cu或Zn的硝酸盐、草酸盐、碳酸盐、醋酸盐或硫酸盐。