一种VS₂纳米材料的制备方法及应用

一种VS₂纳米材料的制备方法及应用
【专利摘要】本发明提供了一种VS2纳米材料的制备方法及应用，将钒源和硫源物质以一定配比置于两个瓷舟中，排尽空气后，使管式气氛炉处于?1～0MPa状态下。然后以5～10℃/min的升温速率升温至300～1000℃，保温0.5～5h。反应结束后，在持续通惰性气体的条件下进行冷却。最后，将冷却后的样品洗涤干净、收集、干燥，即可得到VS2纳米材料。该方法工艺简单易控，制备的VS2纳米材料化学组成均一，纯度较高，且具有特定的纳米片自组装结构，其作为锂/钠离子电池电极材料时表现出了优异的电化学性能。此外，该方法原料廉价易得，成本低，产率高，无需后期处理，对环境友好，可以适合大规模生产。
【专利说明】
一种VS2纳米材料的制备方法及应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种过渡金属硫化物的制备方法，具体涉及一种VS 2纳米材料的制备方法及应用。
【【背景技术】】
[0002]作为石墨烯领域的一个补充研究，由于它们独特的性能，具有过渡金属硫化物(TMD)层的无机准二维材料已经受到了相当大的关注[Coleman J N,Mustafa L,Arlene O,et al.Two-dimens1nal nanosheets produced by liquid exfoliat1n of layeredmaterials.[J].Science ,2011,331 (6017):568-71 ]。研究已经表明单层M0S2具有独特的量子发光效率，并且当它应用于场效应晶体管时展现出了高的通道流动和电流开关比。基于机械剥离的单层MoS2,研究者制备了新的光电晶体管，并研究了它们的光诱导电性能[Zongyou Y,Hai L,Hong L,et al.Single-layer M0S2 phototransistors.[J].AcsNano，2011,6(1):74-80]。
[0003]近来，研究者也报道了具有WS2量子表的多孔纳米Ti02[Markus T1HelmutT.Photosensitizat1n of nanostructured T1O2 with WS2 quantum sheets.[J].Journal of Physical Chemistry B, 2006，110(24): 12167-71]。研究者在平面结构上也制备了 150mn的VS2薄膜，发现其表现出了4760uF.cm—2的电容，并且在1000次的充放电之后没有明显的衰退[Jun F , Xu S , Changzheng ff, et al.Metal lie few-layered VS2ultrathin nanosheets:high two-dimens1nal conductivity for in-planesupercapacitors.[J].Journal of the American Chemical Society，2011，133(44):17832-17838]。除此之外，学者也提出并研究了过渡金属硫化物的水分的响应能力、催化特性、储氢特性、润滑特性以及锂离子电池电极材料的电化学特性等。然而，目前二硫化钒的制备主要集中于湿化学方法，很少有通过煅烧方法来制备的报道。
【
【发明内容】
】
[0004]本发明的目的在于提供一种VS2纳米材料的制备方法及应用，该方法通过煅烧工艺制备VS2纳米材料。
[0005]为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
[0006]—种VS2纳米材料的制备方法，将摩尔比为1:8?1:12的钒源和硫源物质分别置于两个瓷舟中，并将两个瓷舟置于管式气氛炉中进行煅烧，冷却后洗涤干净、收集、干燥即可；所述煅烧是在密封且在惰性气体内进行。
[0007]进一步地，煅烧前，排尽管内的空气，控制管内的气压为-1?OMPa。
[0008]进一步地，煅烧过程的条件为:以5?10°C/min的升温速率升温至300?1000°C，然后保温0.5?5h。
[0009]进一步地，煅烧保温阶段控制管内气压为O?0.05MPa。
[0010]进一步地，排尽管内空气的方法为:向管内通入惰性气体，继而进行2?5次抽气-补气，最后一次抽气后不再补气。
[0011]进一步地，所述保温阶段结束后，立刻以500?lOOOsccm气流不断地通惰性气体，以排出保温期间产生的硫蒸汽并使冷却过程在持续通惰性气体的条件下进行。
[0012]进一步地，所述洗涤方式为抽滤洗涤或离心洗涤;所述收集方式为抽滤收集或离心收集;所述洗涤是依次用去离子水和无水乙醇进行洗涤。
[0013]进一步地，所述干燥的温度为60?80°C，时间为6?24h。
[0014]进一步地，所述钒源为偏钒酸钠、钒酸钠和钒酸钾中的一种或几种;所述硫源为硫代乙酰胺、硫脲、升华硫和硫化铵中的一种或几种。
[0015]—种通过上述方法制备的VS2纳米材料的应用，该VS2纳米材料应用于电子、磁学、传感器、催化以及锂/钠离子电池领域。
[0016]相对于现有技术，本发明至少具有以下有益效果:
[0017]本发明通过煅烧法制备了二硫化钒纳米材料，该方法简单易控，原料廉价易得，成本低，产率高，无需后期处理，对环境友好，可以适合大规模生产。同时，该方法制备的二硫化钒纳米材料化学组成均一，纯度较高，且具有较高的结晶度。此外，通过该方法制备的二硫化银纳米材料具有特殊的纳米片自组装结构，其作为锂/钠离子电池电极材料时表现出了优异的电化学性能。
【【附图说明】】
[0018]图1为本发明实施例1制备的二硫化钒纳米材料的X-射线衍射(XRD)图谱；
[0019]图2为本发明实施例1制备的二硫化钒纳米材料的扫描电镜(SEM)照片。
【【具体实施方式】】
[0020]下面结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。
[0021 ] 一种VS2纳米材料的制备方法，包括以下步骤:
[0022]步骤一:将钒源和硫源物质的摩尔比严格控制在1:8?1:12，以保证五价钒被还原为四价钒;然后钒源和硫源物质分别平铺于两个瓷舟中，再将两个瓷舟置于管式气氛炉中，并在管两端各放两个管堵。所述钒源为偏钒酸钠、钒酸钠和钒酸钾中的一种或几种;所述硫源为硫代乙酰胺、硫脲、升华硫和硫化铵中的一种或几种。
[0023]步骤二:向管内通入惰性气体以检查管式炉的气密性，继而进行2?5次抽气-补气，以排尽管内空气，最后一次抽气后不再补气，并控制管内气压为-1?OMPa;然后，以5?10°C/min的升温速率升温至300?1000°C，控制管内气压为O?0.05MPa，保温0.5?5h。保温结束后，立刻以500?lOOOsccm气流不断地通惰性气体，以排出保温期间产生的硫蒸汽并使冷却过程在持续通惰性气体的条件下进行。
[0024]步骤三:将煅烧后的样品冷却后，去离子水抽滤洗涤或离心洗涤2?5次，无水乙醇抽滤洗涤或离心洗涤2?5次，然后将洗涤后的样品抽滤收集或离心收集后，在60?80°C的温度下干燥6?24h，即可得到VS2纳米材料。
[0025]—种通过上述方法制备的VS2纳米材料的应用，该VS2纳米材料应用于电子、磁学、传感器、催化以及锂/钠离子电池领域。
[0026]实施例1
[0027]步骤一:称取摩尔比为1:10的偏钒酸钠和硫代乙酰胺分别平铺于两个瓷舟中，然后将两个瓷舟置于管式气氛炉中，并在管两端各放两个管堵。
[0028]步骤二:向管内通入惰性气体以检查管式炉的气密性，继而进行3次抽气-补气，以排尽管内空气。最后一次抽气后不再补气，并控制管内气压为-1?OMPa ；然后，以10°C/min的升温速率升温至6000C，控制管内气压为O?0.05MPa，保温为2h。保温结束后，立刻以900?lOOOsccm气流不断地通惰性气体，以排出保温期间产生的硫蒸汽并使冷却过程在持续通惰性气体的条件下进行。
[0029]步骤三:将煅烧后的样品冷却后，去离子水洗涤3次，无水乙醇洗涤3次，然后将洗涤后的样品收集后在60°C的温度下干燥12h，即可得到VS2纳米材料。
[0030]从图1中可以看出，所有的X射线粉末衍射峰均可指标为二硫化钒纳米材料，并且几乎没有其他杂质峰出现，因此实施例1为合成的高纯度二硫化钒纳米材料。
[0031 ]从图2中可以清楚得看到VS2纳米片自组装成微米块。
[0032]实施例2
[0033]步骤一:称取摩尔比为1:9的偏钒酸钠和硫代乙酰胺分别平铺于两个瓷舟中，然后将两个瓷舟置于管式气氛炉中，并在管两端各放两个管堵。
[0034]步骤二:向管内通入惰性气体以检查管式炉的气密性，继而进行2次抽气-补气，以排尽管内空气。最后一次抽气后不再补气，并控制管内气压为-1?OMPa ；然后，以5°C/min的升温速率升温至300 0C，控制管内气压为O?0.05MPa，保温为0.5h。保温结束后，立刻以650?850sccm气流不断地通惰性气体，以排出保温期间产生的硫蒸汽并使冷却过程在持续通惰性气体的条件下进行。
[0035]步骤三:将煅烧后的样品冷却后，去离子水洗涤2次，无水乙醇洗涤2次，然后将洗涤后的样品收集后在65°C的温度下干燥6h，即可得到VS2纳米材料。
[0036]实施例3
[0037]步骤一:称取摩尔比为1:8的偏钒酸钠和硫代乙酰胺分别平铺于两个瓷舟中，然后将两个瓷舟置于管式气氛炉中，并在管两端各放两个管堵。
[0038]步骤二:向管内通入惰性气体以检查管式炉的气密性，继而进行4次抽气-补气，以排尽管内空气。最后一次抽气后不再补气，并控制管内气压为-1?OMPa;然后，以6 °C/min的升温速率升温至8000C，控制管内气压为O?0.05MPa，保温为3h。保温结束后，立刻以500?700sCCm气流不断地通惰性气体，以排出保温期间产生的硫蒸汽并使冷却过程在持续通惰性气体的条件下进行。
[0039]步骤三:将煅烧后的样品冷却后，去离子水洗涤4次，无水乙醇洗涤4次，然后将洗涤后的样品收集后在75°C的温度下干燥18h，即可得到VS2纳米材料。
[0040]实施例4
[0041]步骤一:称取摩尔比为1:12的偏钒酸钠和硫代乙酰胺分别平铺于两个瓷舟中，然后将两个瓷舟置于管式气氛炉中，并在管两端各放两个管堵。
[0042]步骤二:向管内通入惰性气体以检查管式炉的气密性，继而进行5次抽气-补气，以排尽管内空气。最后一次抽气后不再补气，并控制管内气压为-1?OMPa;然后，以8 °C/min的升温速率升温至10000C，控制管内气压为O?0.05MPa，保温为5h。保温结束后，立刻以800?lOOOsccm气流不断地通惰性气体，以排出保温期间产生的硫蒸汽并使冷却过程在持续通惰性气体的条件下进行。
[0043]步骤三:将煅烧后的样品冷却后，去离子水洗涤5次，无水乙醇洗涤5次，然后将洗涤后的样品收集后在80°C的温度下干燥24h，即可得到VS2纳米材料。
[0044]相对于现有技术，本发明至少具有以下有益效果:
[0045]本发明通过煅烧法制备了二硫化钒纳米材料，该方法简单易控，原料廉价易得，成本低，产率高，无需后期处理，对环境友好，可以适合大规模生产。同时，该方法制备的二硫化钒纳米材料化学组成均一，纯度较高，且具有较高的结晶度和特殊的纳米片自组装结构其作为锂/钠离子电池电极材料时表现出了优异的电化学性能。
【主权项】
1.一种VS2纳米材料的制备方法，其特征在于，将摩尔比为1:8?1:12的f凡源和硫源物质分别置于两个瓷舟中，并将两个瓷舟置于管式气氛炉中进行煅烧，冷却后洗涤干净、收集、干燥即可;所述煅烧是在密封且在惰性气体内进行。2.根据权利要求1所述的一种VS2纳米材料的制备方法，其特征在于，煅烧前，排尽管内的空气，控制管内的气压为-1?OMPa。3.根据权利要求1所述的一种VS2纳米材料的制备方法，其特征在于，煅烧过程的条件为:以5?10°C/min的升温速率升温至300?1000°C，然后保温0.5?5h。4.根据权利要求3所述的一种VS2纳米材料的制备方法，其特征在于，煅烧保温阶段控制管内气压为O?0.05MPa。5.根据权利要求2所述的一种VS2纳米材料的制备方法，其特征在于，排尽管内空气的方法为:向管内通入惰性气体，继而进行2?5次抽气-补气，最后一次抽气后不再补气。6.根据权利要求3所述的一种VS2纳米材料的制备方法，其特征在于，所述保温阶段结束后，立刻以500?100sccm气流不断地通惰性气体，以排出保温期间产生的硫蒸汽并使冷却过程在持续通惰性气体的条件下进行。7.根据权利要求1所述的一种VS2纳米材料的制备方法，其特征在于，所述洗涤方式为抽滤洗涤或离心洗涤;所述收集方式为抽滤收集或离心收集;所述洗涤是依次用去离子水和无水乙醇进行洗涤。8.根据权利要求1所述的一种VS2纳米材料的制备方法，其特征在于，所述干燥的温度为60?80°C，时间为6?24h。9.根据权利要求1-8所述的任意一种VS2纳米材料的制备方法，其特征在于，所述钒源为偏钒酸钠、钒酸钠和钒酸钾中的一种或几种;所述硫源为硫代乙酰胺、硫脲、升华硫和硫化铵中的一种或几种。10.—种根据权利要求1所述的方法制备的VS2纳米材料的应用，其特征在于，该VS2纳米材料应用于电子、磁学、传感器、催化以及锂/钠离子电池领域。
【文档编号】H01M4/58GK105870444SQ201610284538
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年4月29日
【发明人】黄剑锋, 李文斌, 王海静, 李瑞梓, 费杰, 曹丽云, 任杰, 任一杰, 罗晓敏, 闻稼宝, 程呈
【申请人】陕西科技大学