一種制備過渡金屬硫化物二維納米片層分散液的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及新型復合材料的制備、新型光學及導電材料等技術領域，具體涉及一種制備過渡金屬硫化物二維納米片層分散液的方法。
【背景技術】
[0002]二硫化鉬是由六方晶系的單層或是多層二硫化鉬組成的具有“三明治夾心”層狀結構的二維晶體材料，這種特殊的結構使得它在潤滑、催化、能量存儲、復合材料等眾多的領域有著廣泛的應用，單層的二硫化鉬由三層原子構成，上下兩層為硫原子，中間是鉬原子，硫和鉬之間是通過共價鍵相結合，層間為弱的范德華力。與石墨烯不同的是，當二硫化鉬被剝離為單片層時，它會在性質上會發生一個重大變化，電子的躍迀方式會從原來的非豎直躍迀變為豎直躍迀，能帶隙也從原來的1.29ev變為了 1.90ev，這一特殊的能帶結構使得納米二硫化鉬在光電器件領域擁有更光明的前景。二硫化鎢各方面與之類似。
[0003]目前納米二硫化物的制備方法可以分為兩類，一類是自上而下的剝離法，如微機械剝離法、液相超聲法、鋰離子插層化學剝離法等；另一類是自下而上的合成方法，包括高溫熱分解、水熱法、氣相沉積法等。鋰離子插層化學剝離法最早始于1986年Morrison 等(Joensen P, Frindt RF, Morrison SR.Materials Research Bulletin1986;21(4):457-61)通過該法制得單層二硫化鉬。其基本原理是先利用鋰離子插層劑(如丁基鋰，n-C4H9Li)嵌入到二硫化鉬粉末中，形成LixMoS2 (x彡1)插層化合物，再通過插層化合物與質子性溶劑(一般是水，也可選用稀酸或是低沸點的醇類)劇烈反應所產生出大量氫氣增大二硫化鉬的片層距，進而得到多層甚至單層二硫化鉬，剝離得到的片層厚度<10nm時，片層呈現半透明狀態。
[0004]納米二硫化物在穩定性方面都存在一個較棘手的問題，就是在靜置一段時間后納米二硫化物會發生不可逆地聚沉，單片層的納米二硫化物聚沉后會是導致其性質發生變化從而影響所需制備的材料的性質，也為后續該材料的應用帶來了一定的阻礙。
[0005]目前關于納米二硫化物修飾的報道不是很多，Muhammad Nawaz Tahir等(Muhammad Nawaz Tahir, Nicole Zink，MarcEberhardt， Helen A.Therese， Ute Kolb,Patrick Theato，and Wolfgang Tremel，Angew.Chem.1nt.Ed.2006，45，4809-4815)等通過二硫化鉬表面S和Ni2+空位的配位以及Ni2+和NTA的配位作用實現了 MoS2的修飾，但該方法采用的修飾過程較為復雜，不僅所需的單體需要合成而且修飾過程要在惰性氣體的氛圍中完成。Chou (Stanley S.Chou, Mrinmoy De, JaemyungKim, SegiByun,Conner Dykstra, Jin Yu, Jiaxing Huang, and Vinayak P.Dravid, J.Am.Chem.Soc.2013，135，4584 - 4587)等基于硫化學的方法成功實現了納米二硫化鉬的修飾。但是該方法中采用的單體為通過多步的有機合成反應以及繁瑣復雜的處理手段得到，而且每一步都存在著產率的問題。硫化學方法中所用的納米二硫化鉬是通過鋰離子插層法制備得到的，表面有硫原子缺陷，硫化學方法中采用的修飾劑是一端含有巰基的，巰基上的硫原子可以填補到二硫化鉬表面從而達到修飾。在Chou之后，基于硫化學的方法越來越廣泛地用來修飾納米二硫化鉬。Zhihao Yu 等(Zhihao Yu，Yiming Pan，YutingHSen，Zilu Wang,Zhun-Yong Ong，Tao Xu，Run Xin，Lijia Panl，Baigeng Wang, Litao Sun, Jinlan Wang,Gang Zhang,Yong Wei Zhang,Yi HSi and Xinran Wang.Nature Commun.2014, 5, 5290)成功的將KH590上的硫原子填補到機械剝離得到的二硫化鉬表面的缺陷上，得到了完整的晶格結構，測出其擁有很高的載流子迀移率。但這個工作只是填補了硫原子缺陷，官能團沒有保留，很難進行進一步的與化學相關的工作。
【發明內容】
[0006]發明目的:針對現有技術中存在的不足，本發明的目的是提供一種制備過渡金屬硫化物二維納米片層分散液的方法，具有簡單快捷，反應條件溫和環保，原料易得等特點，由該方法制備得到的功能化的產品在不同的有機溶液中都有較好的分散性，可以廣泛用于可以用于新型納米復合材料的制備、新型電化學電極以及光電材料等領域。
[0007]技術方案:為了實現上述發明目的，本發明采用的技術方案如下:
一種制備過渡金屬硫化物二維納米片層分散液的方法:將質量比為0.01-100:1的物質A (—端含有巰基另一端含有其他官能團的物質)和過渡金屬硫化物二維納米片層的分散液加入到反應容器內超聲，溫度0°C ~80°C，超聲反應0.5~72h ;超聲結束進行離心洗滌，得到分散在不同體系中的功能化產品的分散液；其中，物質A為HS (CH2)nR，R為C00H、NH2、0H 或 SH，n=2、3、4。
[0008]所述過渡金屬硫化物為二硫化鉬或二硫化鎢。
[0009]所用的過渡金屬硫化物二維納米片層的分散液是通過鋰離子插層化學剝離法制備得到，納米片層表面具有S原子缺陷。
[0010]所述的反應溶劑為水、甲醇、乙醇中的一種或是幾種的混合。
[0011]所述的功能化的二硫化鉬能夠分散到有機溶劑中，分散液濃度最大可以到3.5g/L。
[0012]所述的納米二硫化鉬(Chemical exfoliat1n MoS2，Ce_MoS2)或二硫化媽(Ce-MoS2)與物質A的反應質量比的范圍從1:0.01~100。物質A的量過少則會由于接枝上的試劑過少，起不到修飾效果，納米二硫化鉬或二硫化鎢會團聚；物質A過多，反應結束后則會有大量剩余的試劑要除去，造成原料的浪費。
[0013]所述的納米二硫化鉬或二硫化鎢與物質A的反應溫度0°C -80°C。反應溫度過低會使得接枝效率低，反應溫度過高會使得片層結構遭到破壞。
[0014]所述納米二硫化鉬或二硫化鎢與物質A的超聲功率范圍為1~750W。功率過低物質A修飾的效率較低，功率過高則會導致片層結構和物質A遭到破壞。
[0015]所述納米二硫化鉬或二硫化鎢與物質A的超聲反應時間為0.5~72h。反應時間小于0.5h，反應的接枝效率低，反應時間大于72h，接枝效率沒有明顯提高，這樣就會浪費資源，而