本發(fā)明涉及一種單分散球狀納米二硫化鉬的制備方法、由該方法制得的單分散球狀納米二硫化鉬以及由該方法制得的單分散球狀納米二硫化鉬在太陽能電池、鋰離子電池、加氫脫硫和固體潤滑劑中的應(yīng)用。

背景技術(shù)：

能源危機與環(huán)境污染是當今人類需要解決的緊迫難題，因此太陽能電池、鋰離子電池、光催化降解、脫硫加氫等領(lǐng)域成為全世界關(guān)注的熱點。過渡金屬層狀二元化合物二硫化鉬(MoS₂)具有很好的光、電、力學(xué)、催化等性質(zhì)；特別是球狀納米二硫化鉬，更因為其特殊的結(jié)構(gòu)與較大的比表面積使其在太陽能電池、鋰離子電池、光催化降解、脫硫加氫、航空航天等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。

目前，制備球狀納米二硫化鉬的主要方法包括水熱法(溶劑熱法)和液相沉淀法。這兩種方法反應(yīng)條件相對溫和、可操作性強。通過對不同原料的配比、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間等條件的控制，能夠制得不同形貌的納米二硫化鉬。但是，這兩種方法普遍存在的問題是：反應(yīng)溫度高，反應(yīng)所需控制因素比較多；為了得到粒徑較小的二硫化鉬顆粒，所使用的反應(yīng)物有一定毒性，大規(guī)模生產(chǎn)時易對環(huán)境造成損害；而使用較為常見的鉬酸鈉/鉬酸銨、硫脲/硫代乙酰胺等反應(yīng)物在酸性或堿性條件下得到的二硫化鉬產(chǎn)物，粒徑往往過大，不能充分發(fā)揮納米二硫化鉬的特性。此外，水熱法(溶劑熱法)制備的納米二硫化鉬往往含有一定量雜質(zhì)，很難將其徹底除去，嚴重影響了納米二硫化鉬的性能。

綜上所述，盡管現(xiàn)有技術(shù)能夠制得球狀納米二硫化鉬，但是制備工藝 復(fù)雜，所使用的反應(yīng)物有毒性，并且所制得的球狀納米二硫化鉬分散性差，含有一定量的不易除去的雜質(zhì)，嚴重影響了球狀納米二硫化鉬的性能。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)制備球狀納米二硫化鉬所使用反應(yīng)物有一定毒性、制得的球狀納米二硫化鉬分散性差、含有一定量雜質(zhì)的缺陷，本發(fā)明提供一種新的單分散球狀納米二硫化鉬的制備方法及由該方法制得的單分散球狀納米二硫化鉬。由本發(fā)明提供的方法制得的單分散球狀納米二硫化鉬純度高，單分散性好。

本發(fā)明提供一種單分散球狀納米二硫化鉬的制備方法，該方法包括：在水熱合成條件下，將無機鉬鹽、有機添加劑、硫源和水接觸反應(yīng)，對反應(yīng)所得產(chǎn)物進行洗滌、干燥。

本發(fā)明還提供了一種由上述方法制得的單分散球狀納米二硫化鉬。

另外，本發(fā)明提供了由上述方法制得的單分散球狀納米二硫化鉬在太陽能電池、鋰離子電池、加氫脫硫和固體潤滑劑中的應(yīng)用。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的方法具有如下優(yōu)點：

1、本發(fā)明所提供的方法工藝簡單，易操作；

2、本發(fā)明所提供的方法重現(xiàn)性好；

3、本發(fā)明所提供的方法所使用的反應(yīng)物廉價易得、無毒，反應(yīng)后溶液無毒易處理；

4、本發(fā)明所提供的方法反應(yīng)條件溫和，可以在較低溫度下進行；

5、采用本發(fā)明提供的方法制得的球狀納米二硫化鉬不含有其他雜質(zhì)，純度高，并且單分散性好。

本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將在隨后的具體實施方式部分予以詳細說 明。

附圖說明

附圖是用來提供對本發(fā)明的進一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與下面的具體實施方式一起用于解釋本發(fā)明，但并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。在附圖中：

圖1是實施例1所制得球狀納米二硫化鉬的掃描電鏡圖，放大倍數(shù)為60K；

圖2是實施例1所制得球狀納米二硫化鉬的掃描電鏡圖，放大倍數(shù)為15K；

圖3是實施例1所制得球狀納米二硫化鉬的X射線衍射圖譜。

具體實施方式

以下對本發(fā)明的具體實施方式進行詳細說明。應(yīng)當理解的是，此處所描述的具體實施方式僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。

本發(fā)明提供了一種單分散球狀納米二硫化鉬的制備方法，該方法包括：在水熱合成條件下，將無機鉬鹽、有機添加劑、硫源和水接觸反應(yīng)，對反應(yīng)所得產(chǎn)物進行洗滌、干燥。

本發(fā)明的發(fā)明人通過研究發(fā)現(xiàn)在水熱合成條件下，將無機鉬鹽、有機添加劑、硫源和水接觸反應(yīng)，能夠制得單分散性好，純度高的單分散球狀納米二硫化鉬。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明在采用無毒、易得的反應(yīng)物的條件下，取得了更好的技術(shù)效果。

本發(fā)明中，所述采用本發(fā)明提供的方法制得的球狀納米二硫化鉬的單分散性好是指采用本發(fā)明提供的方法不僅有效抑制了球狀納米二硫化鉬顆粒的團聚，并且實現(xiàn)了球狀納米二硫化鉬粒徑的均勻分布。

在本發(fā)明中無機鉬鹽為鉬源，有機添加劑在反應(yīng)過程中作為分散劑，可以起到抑制納米顆粒團聚的作用。

在本發(fā)明中，對于無機鉬鹽、有機添加劑、硫源和水接觸的方式和順序沒有特別的限制。

根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選地，所述將無機鉬鹽、有機添加劑、硫源和水接觸反應(yīng)的實施方式為將無機鉬鹽與水混合均勻后，向其中依次加入有機添加劑和硫源，在水熱合成條件下反應(yīng)。采用這種優(yōu)選的方式更有利于有機添加劑發(fā)揮分散劑的作用，制得單分散性更好的球狀納米二硫化鉬。

根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選地，所述硫源包括粒徑為20nm-20000nm的硫磺，優(yōu)選地，所述硫磺的粒徑為50nm-10000nm。采用這種優(yōu)選的硫磺的粒徑使得制得的球狀納米二硫化鉬單分散效果更好。

根據(jù)本發(fā)明的方法，優(yōu)選以硫源的總重量計，硫磺的含量為60重量％以上，優(yōu)選為80-100重量％。

根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選地，所述有機添加劑與水的體積比為1:(1-15)，優(yōu)選為1:(1-9)。采用這種優(yōu)選的比例，能夠制得單分散性更好的球狀納米二硫化鉬。

根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選地，所述有機添加劑選自有機醇中的一種或多種。

所述有機醇優(yōu)選為二元以上的多元醇，更進一步優(yōu)選為碳原子數(shù)2-6的二元以上的多元醇，如乙二醇、丙三醇和丁二醇中的一種或多種，特別優(yōu)選為乙二醇。

根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選地，所述無機鉬鹽與水的質(zhì)量比為1：(100-300)，優(yōu)選為1：(100-190)。

在本發(fā)明中，所述無機鉬鹽可以是鉬鹽也可以是鉬酸鹽。

根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選地，所述無機鉬鹽選自鉬酸鈉和/或鉬酸銨。

根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選地，所述硫源與水的質(zhì)量比為1：(150-700)，優(yōu)選 為1：(200-450)。

和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的方法使用的反應(yīng)物無毒、易得，并且在水熱合成過程中不需要加入酸和堿。整個反應(yīng)過程工藝簡單，并且不會有雜質(zhì)產(chǎn)生，保證了產(chǎn)品的純度。

根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選地，所述水熱合成條件包括：在密閉條件下進行所述接觸反應(yīng)，優(yōu)選地，所述接觸反應(yīng)在高壓水熱反應(yīng)釜中進行。

在本發(fā)明中，優(yōu)選地，所述接觸反應(yīng)在高壓水熱反應(yīng)釜中的聚四氟乙烯內(nèi)襯中進行，聚四氟乙烯能夠避免反應(yīng)時高壓水熱反應(yīng)釜中金屬離子參與反應(yīng)產(chǎn)生污染，同時聚四氟乙烯也可以起到密封的作用。

根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選反應(yīng)溫度為160-240℃，進一步優(yōu)選為160-200℃。

根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選反應(yīng)時間為16-27h。

在本發(fā)明中，從室溫升溫至所述反應(yīng)溫度的升溫速率優(yōu)選不大于5℃/min，進一步優(yōu)選為2-4℃/min。

在本發(fā)明中，優(yōu)選所述反應(yīng)時間不包括升溫時間。

根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選地，水熱反應(yīng)完成后，冷卻至室溫后，對反應(yīng)得到的產(chǎn)物進行洗滌。

所述洗滌為本領(lǐng)域常規(guī)洗滌方法，可以采用無機溶劑和有機溶劑交替離心清洗，去除產(chǎn)物中殘余的有機和無機原料。

所述無機溶劑可以采用離子水或清水，所述有機溶劑可以采用無水乙醇。

在本發(fā)明中，對所述干燥沒有特別的限制，可以為本領(lǐng)域常用的任何干燥方法，可以自然干燥得到單分散球狀納米二氧化鉬，也可以在40-60℃真空下進行干燥，優(yōu)選在真空下進行干燥。采用這種優(yōu)選方式更有利于得到單分散球狀納米二硫化鉬。

本發(fā)明提供了由上述制備方法制得的單分散球狀納米二硫化鉬。

本發(fā)明還提供了上述單分散球狀納米二硫化鉬在太陽能電池、鋰離子電池、加氫脫硫和固體潤滑劑中的應(yīng)用。

本發(fā)明提供的球狀納米二硫化鉬單分散性好，純度高，所使用原料無毒、易得，制備工藝簡單，可以廣泛應(yīng)用于太陽能電池、鋰離子電池、加氫脫硫和固體潤滑劑等技術(shù)領(lǐng)域。

以下通過具體實施例詳細說明本發(fā)明的實施過程和所產(chǎn)生的有益效果，旨在幫助閱讀者更清楚地了解本發(fā)明的精神實質(zhì)所在，但不能對本發(fā)明的實施范圍構(gòu)成任何限定。

以下實施例和對比例中掃描電鏡照片采用日立SU8020型掃描電子顯微鏡獲得，X射線衍射圖譜采用荷蘭帕納科公司PANalytical得到。

實施例1

(1)稱取0.42g鉬酸鈉置于100mL的高壓水熱反應(yīng)釜聚四氟乙烯內(nèi)襯中，并添加60mL的去離子水，攪拌均勻；

(2)向步驟(1)所得溶液中添加乙二醇，攪拌均勻，乙二醇加入量使得，乙二醇與步驟(1)所述去離子水的體積比為1:1；

(3)向步驟(2)所得溶液中添加0.16g粒徑為50nm的硫磺粉，攪拌均勻；

(4)將高壓水熱反應(yīng)釜置于電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)，反應(yīng)原料進行水熱合成反應(yīng)，反應(yīng)溫度為160℃，升溫速率為3℃/min，反應(yīng)時間為27h；

(5)反應(yīng)結(jié)束后，待步驟(4)所得溶液自然冷卻后，使用去離子水和無水乙醇對該溶液交替洗滌3次；

(6)將步驟(5)得到的產(chǎn)物在真空條件下40℃干燥6h，得到單分散球狀納米二硫化鉬。

圖1為本實施例制得的單分散球狀納米二硫化鉬的放大倍數(shù)為60K的掃 描電鏡圖，圖2為本實施例制得的單分散球狀納米二硫化鉬的放大倍數(shù)為15K的掃描電鏡圖，從圖1和圖2中可以看到大量均一的球狀納米二硫化鉬，并且球狀納米二硫化鉬分布均勻，本發(fā)明制備的球狀納米二硫化鉬具有較好的單分散性。圖3為本實施例制得的單分散球狀納米二硫化鉬的X射線衍射圖譜，從圖3可以看出，采用本發(fā)明提供的方法制得的球狀納米二硫化鉬沒有其他雜質(zhì)的衍射峰，證明采用本發(fā)明提供的方法制得的球狀納米二硫化鉬純度高。

實施例2

(1)稱取0.56g鉬酸鈉置于100mL的高壓水熱反應(yīng)釜聚四氟乙烯內(nèi)襯中，并添加60mL的去離子水，攪拌均勻；

(2)向步驟(1)所得溶液中添加乙二醇，攪拌均勻，乙二醇加入量使得，乙二醇與步驟(1)所述去離子水的體積比為1:5；

(3)向步驟(2)所得溶液中添加0.30g粒徑為500nm的硫磺粉，攪拌均勻；

(4)將高壓水熱反應(yīng)釜置于電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)，反應(yīng)原料進行水熱合成反應(yīng)，反應(yīng)溫度為180℃，升溫速率為2℃/min，反應(yīng)時間為24h；

(5)反應(yīng)結(jié)束后，待步驟(4)所得溶液自然冷卻后，使用去離子水和無水乙醇對該溶液交替洗滌3次；

(6)將步驟(5)得到的產(chǎn)物在真空條件下50℃干燥8h，得到單分散球狀納米二硫化鉬。

本實施例制得的球狀納米二硫化鉬的單分散性和純度均與實施例1制得的球狀納米二硫化鉬相當。

實施例3

(1)稱取0.32g鉬酸銨置于100mL的高壓水熱反應(yīng)釜聚四氟乙烯內(nèi)襯中，并添加60mL的去離子水，攪拌均勻；

(2)向步驟(1)所得溶液中添加乙二醇，攪拌均勻，乙二醇加入量使得，乙二醇與步驟(1)所述去離子水的體積比為1:9；

(3)向步驟(2)所得溶液中添加0.14g粒徑為10000nm的硫磺粉，攪拌均勻；

(4)將高壓水熱反應(yīng)釜置于電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)，反應(yīng)原料進行水熱合成反應(yīng)，反應(yīng)溫度為200℃，升溫速率為4℃/min，反應(yīng)時間為16h；

(5)反應(yīng)結(jié)束后，待步驟(4)所得溶液自然冷卻后，使用去離子水和無水乙醇對該溶液交替洗滌3次；

(6)將步驟(5)得到的產(chǎn)物在真空條件下60℃干燥7h，得到單分散球狀納米二硫化鉬。

本實施例制得的球狀納米二硫化鉬的單分散性和純度均與實施例1制得的球狀納米二硫化鉬相當。

實施例4

按照實施例3的方法，不同的是將鉬酸銨、硫磺粉、乙二醇和水一步混合，具體為：

(1)將0.32g鉬酸銨、0.14g粒徑為10000nm的硫磺粉、6.7mL乙二醇和60mL去離子水于100mL高壓水熱反應(yīng)釜聚四氟乙烯內(nèi)襯中混合，攪拌均勻；

(2)將高壓水熱反應(yīng)釜置于電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)，反應(yīng)原料進行水熱合成反應(yīng)，反應(yīng)溫度為200℃，升溫速率為4℃/min，反應(yīng)時間為16h；

(3)反應(yīng)結(jié)束后，待步驟(2)所得溶液自然冷卻后，使用去離子水和無水乙醇對該溶液交替洗滌3次；

(4)將步驟(3)得到的產(chǎn)物在真空條件下60℃干燥7h，得到單分散球狀納米二硫化鉬。

本實施例制得的球狀納米二硫化鉬的單分散性和純度略差于實施例1制得的球狀納米二硫化鉬。

實施例5

按照實施例1的方法，不同的是，使用的硫磺的粒徑為20000nm，得到單分散球狀納米二硫化鉬。

本實施例制得的球狀納米二硫化鉬的單分散性和純度差于實施例1制得的球狀納米二硫化鉬。

實施例6

按照實施例1的方法，不同的是，步驟(2)所述乙二醇與步驟(1)所述去離子水的體積比為1:15，得到單分散球狀納米二硫化鉬。

本實施例制得的球狀納米二硫化鉬的單分散性和純度差于實施例1制得的球狀納米二硫化鉬。

實施例7

按照實施例1的方法，不同的是，所使用的有機添加劑為丁二醇(用丁二醇代替乙二醇)，得到單分散球狀納米二硫化鉬。

本實施例制得的球狀納米二硫化鉬的單分散性和純度差于實施例1制得的球狀納米二硫化鉬。

上述實施例中制得的球狀納米二硫化鉬的單分散性和純度均優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)所提供的球狀納米二硫化鉬。本發(fā)明提供的方法使用的反應(yīng)物廉價易得、無毒，反應(yīng)后溶液無毒易處理，制得的球狀納米二硫化鉬不含有其他 雜質(zhì)，純度高并且單分散性好。上述結(jié)果充分表明，本發(fā)明所提供的方法具有現(xiàn)有其他方法所不可比擬的優(yōu)越性。

以上詳細描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，但是，本發(fā)明并不限于上述實施方式中的具體細節(jié)，在本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思范圍內(nèi)，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進行多種簡單變型，這些簡單變型均屬于本發(fā)明的保護范圍。

另外需要說明的是，在上述具體實施方式中所描述的各個具體技術(shù)特征，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進行組合。為了避免不必要的重復(fù)，本發(fā)明對各種可能的組合方式不再另行說明。

此外，本發(fā)明的各種不同的實施方式之間也可以進行任意組合，只要其不違背本發(fā)明的思想，其同樣應(yīng)當視為本發(fā)明所公開的內(nèi)容。