一種二硫化鉬/碳納米復合材料的合成方法與流程

本發明屬于無機非金屬新材料研發技術領域，具體公開一種涉及二硫化鉬/碳納米復合材料的共沉淀及熔融鹽焙燒的合成方法。

背景技術：

二硫化鉬具有類似石墨的層狀結構和穩定的物理化學性質，廣泛應用于固體潤滑劑、儲氫材料、電池電極材料、催化材料等。納米級二硫化鉬材料，因其吸附能力強、催化反應活性高等特點被用作煤炭液化、煤炭熱解、石油中加氫脫硫、除硫去氮的催化劑。但是由于納米粒子粒度尺寸小，表面能高，粒子之間容易發生團聚，納米材料在介質中的分散和穩定成為限制其在工業應用的主要問題之一。為了改善納米二硫化鉬粒子的團聚，近年來,石墨烯或氧化石墨烯成為人們研究的熱點。目前，制備石墨烯的方法主要有機械剝離法、還原氧化石墨法、外延生長法及金屬催化法等合成方法。然而，石墨烯表面呈現穩定惰性，難溶解于溶劑中，更難與其他有機或無機材料均勻地復合。因此，制備石墨烯復合材料，大多是先將氧化石墨烯與納米材料復合，再將復合后的材料還原得到石墨烯復合材料。這種制備步驟繁瑣，產物性能往往難以滿足應用需求，因此，有必要開發一種直接獲得石墨烯負載單分散納米粒子的制備方法。

目前制備納米粒子/石墨烯的主要方法有化學還原法、電化學沉積法、熱蒸發法、水熱法、溶膠-凝膠法等。一些研究表明，選擇合適碳源和合成條件可以直接獲得負載的石墨烯。腐植酸是一種天然大分子有機化合物，主要由風化煤或者褐煤采用“堿溶酸沉”的方法獲得。腐植酸具有不確定的分子量，其上含有羧基、羥基、酚羥基、醌基、甲氧基等多種活性官能團。它具有良好的吸收、絡合、交換等功能。

技術實現要素：

本發明的目的是：為了證明選擇合適的碳源，可以直接獲得二硫化鉬/碳納米復合材料。提出了采用腐植酸精鉀絡合金屬鉬離子，進一步將其與硫酸鈉混合研磨后焙燒，制備二硫化鉬/碳納米復合材料的方法。

本發明的技術方案為：一種二硫化鉬/碳納米復合材料的合成方法，該合成方法包括以下步驟：（1）配置0.25M的四水合七鉬酸銨溶液40ml，再向其中加入2g腐植酸精鉀，將兩者混合并攪拌成混合溶液，備用；（2）配置0.5M的硝酸溶液100ml，將步驟（1）中攪拌得到的混合溶液逐滴滴加到0.5M的硝酸溶液中，調節溶液的pH為1-3之間，靜置一段時間后得到沉淀物，備用；（3）將步驟（2）中制備好的沉淀物凍干，與無水硫酸鈉按1:10的質量比混合研磨，在Ar氣氣氛下，在600℃或700℃或800℃條件下，以10℃/min的升溫梯度焙燒3h，自然冷卻到室溫，獲得二硫化鉬/碳納米復合材料的前驅體，備用；（4）將步驟（3）中得到的前驅體用水和無水乙醇各離心洗滌五遍，最后保存在無水乙醇中；將產物在50℃下干燥得到二硫化鉬/碳納米復合材料的粉體。利用腐植酸精鉀“堿溶酸沉”的特點，在熔融鹽焙燒體系中采用腐植酸精鉀這種生物質材料作為碳源合成二硫化鉬/碳納米復合材料，所述腐植酸鉀購買自新疆雙龍腐植酸公司。

有益效果：本發明提供了一種直接獲得二硫化鉬/碳納米復合材料的方法，利用從風化煤中提取出來的腐植酸精鉀這種既廉價又高效的生物質材料作為碳源，實現最大程度的資源利用，最終達到了環境保護，資源高值化利用的目的。

附圖說明

圖1：本發明制備方法的T=600℃時二硫化鉬/碳納米復合材料的X射線（XRD)圖譜；

圖2：本發明制備方法的T=600℃時二硫化鉬/碳納米復合材料的透射電子顯微鏡圖譜（TEM）；

從圖1的X射線圖譜可以知道，T=600℃時得到的材料是二硫化鉬/碳納米復合材料。從圖2的透射電子顯微鏡的圖像可以看出，所得到的二硫化鉬/碳納米復合材料為100nm左右的納米棒均勻的負載在碳膜表面上的形貌。由此看出，選擇合適的碳源-腐植酸精鉀，可以直接獲得二硫化鉬/碳納米復合材料。

具體實施方式

實施例1、配置0.25M的(NH₄)₆Mo₇O₂₄·4H₂O溶液40ml，再向其中加入2g腐植酸精鉀，再配置0.5M的HNO₃溶液100ml。在磁力攪拌的條件下，將(NH₄)₆Mo₇O₂₄·4H₂O與腐植酸精鉀混合溶液緩慢反向滴加到HNO₃溶液中。將以上渾濁液靜置后，吸出上層的水，然后將沉淀物進行凍干，取1g凍干后的腐植酸精鉀-鉬酸前驅體與10g無水硫酸鈉以1:10的質量比進行混合研磨，然后在Ar氣氣氛下，600℃條件下，以10℃/min升溫梯度焙燒3h，自然冷卻到室溫，再用水和乙醇分別對樣品進行離心洗滌各五遍，最后將樣品保存在乙醇中，50℃烘干得到硫化鉬/碳納米復合材料

實施例2、配置0.25M的(NH₄)₆Mo₇O₂₄·4H₂O溶液40ml，再向其中加入2g腐植酸精鉀，再配置0.5M的HNO₃溶液100ml。在磁力攪拌的條件下，將(NH₄)₆Mo₇O₂₄·4H₂O與腐植酸精鉀混合溶液緩慢反向滴加到HNO₃溶液中。將以上渾濁液靜置后，吸出上層的水，然后將沉淀物進行凍干，取1g凍干后的腐植酸精鉀-鉬酸前驅體與10g無水硫酸鈉以1:10的質量比進行混合研磨，然后在Ar氣氣氛下，700℃條件下，以10℃/min升溫梯度焙燒3h，自然冷卻到室溫，用水和乙醇分別對樣品進行離心洗滌各五遍，最后將樣品保存在乙醇中，50℃烘干得到硫化鉬/碳納米復合材料。

實施例3、配置0.25M的(NH₄)₆Mo₇O₂₄·4H₂O溶液40ml，再向其中加入2g腐植酸精鉀，再配置0.5M的HNO₃溶液100ml。在磁力攪拌的條件下，將(NH₄)₆Mo₇O₂₄·4H₂O與腐植酸精鉀混合溶液緩慢反向滴加到HNO₃溶液中。將以上渾濁液靜置后，吸出上層的水，然后將沉淀物進行凍干，取1g凍干后的腐植酸精鉀-鉬酸前驅體與10g無水硫酸鈉以1:10的質量比進行混合研磨，然后在Ar氣氣氛下，800℃條件下，以10℃/min升溫梯度焙燒3h，自然冷卻到室溫，再用水和乙醇分別對樣品進行離心洗滌各五遍，最后將樣品保存在乙醇中，50℃烘干得到硫化鉬/碳納米復合材料。

上述實驗所用腐植酸鉀購買自新疆雙龍腐植酸公司。

結論：通過選擇合適的碳源-腐植酸精鉀，直接獲得了二硫化鉬/碳納米復合材料，其形貌為100 nm左右的納米棒均勻的負載在碳膜表面上。

本發明的主要技術內容是以四水合鉬酸銨和廉價的腐植酸精鉀混合溶液為原料，反向滴定到硝酸中，制得沉淀。再與無水硫酸鈉混合研磨，利用熔融鹽焙燒法，經過碳熱反應，將無水硫酸鈉既作為模版劑，又作為硫源，獲得了100nm左右的納米棒均勻的負載在碳膜表面上的二硫化鉬/碳納米復合材料。