一种以单质硫为硫源水热法合成二硫化钼的方法

技术领域

本发明属于功能材料合成技术领域，具体为一种以单质硫为硫源水热法合成二硫化钼的方法。

背景技术

二硫化钼的结构与石墨烯类似，都为二维层状结构，是过渡金属二硫化物(TMDs)的典型代表。块状的MoS

纳米二硫化钼的合成策略分别为“自上而下”和“自下而上”两种。机械剥离和化学剥离方法都可以将大尺寸的二硫化钼剥离为小尺寸或少层的纳米片二硫化钼；气相沉积法多用于制备二硫化钼功能薄膜，薄膜的结晶度好，纯度高，适用于功能器件的设计，但其沉积效率低，反应温度高，有一定危险性；水热法是合成二硫化钼最常用的制备方法，水热法中常采用的硫源主要是半胱氨酸、硫脲、硫化钠、二苄基二硫，二硫化碳等。比如采用硫代乙酰胺或硫脲为硫源制备MoS

发明内容

针对现有技术的上述不足，本发明提供一种低成本，可量产的以单质硫为硫源水热法合成二硫化钼的方法，使制备得到的二硫化钼粉末结晶性良好。

本发明采用以下技术方案：

一种以单质硫为硫源水热法合成二硫化钼的方法，以多硫化物溶液作为硫源，以含钼化合物溶液作为钼源，将硫源与钼源混合进行水热合成后冷却，纯化干燥后得到二硫化钼粉末。

采用上述技术方案，本发明的有益效果为：

本发明采用水热法合成二硫化钼，成本低，制备方法简单，将单质硫溶于硫化物溶液中形成多硫化物作为硫源，以含钼化合物溶液作为钼源，硫源与钼源混合后进行水热反应，在水热反应体系中，多硫化物中的硫发生歧化反应，部分硫作为还原剂将+6价钼还原为+4价钼，自身被氧化为硫酸根离子，部分硫作为氧化剂被还原为-2价硫离子，整个反应过程的离子方程式如下，其中x＝2～5：

进一步地，单质硫为升华硫，硫化物为硫化铵、硫化钠和硫化钾中的至少一种。

采用上述进一步技术方案的有益效果为：

采用升华硫，升华硫相对于精制硫和沉降硫价格更便宜并且更易溶于硫化物溶液中。

进一步地，单质硫与硫化物的摩尔配比为3.0～4.5：1，优选为4.05：1。

采用上述进一步技术方案的有益效果为：

单质硫与硫化物的质量比为3.0～4.5：1可使硫化物溶液更好的溶解单质硫生成x值不同的多硫化物，使得一部分硫作为还原剂，一部分硫作为氧化剂，不需要添加额外的还原剂。

进一步地，单质硫溶于硫化物溶液的溶解温度为30～90℃，优选为40℃。

采用上述进一步技术方案的有益效果为：

溶解温度为30～90℃，有利于单质硫更快的溶解于硫化物溶液中。

进一步地，含钼化合物为正六价钼化合物。

进一步地，含钼化合物为钼酸铵、钼酸钠和三氧化钼中的至少一种。

进一步地，硫源与钼源混合，硫与钼的原子比为1：0.3～0.4优选为1：0.36。

进一步地，水热合成的反应温度为180～220℃，优选为220℃时间为12～36h，优选为24h。

采用上述进一步技术方案的有益效果为：

采用上述水热反应温度及时间可以使硫源与钼源充分生成二硫化钼，生成的二硫化钼纯度高，结晶性良好。

进一步地，干燥温度为40～80℃，优选为60℃，时间为5～10h，优选为8h。

综上所述，本发明的有益效果为：

本发明采用单质硫溶解于硫化物溶液中作为硫源，硫源本身中的部分硫作为还原剂，部分硫作为氧化剂，不需要再加入其它物质作为还原剂，避免加入其它杂质降低产率，采用本发明方法制备得到的二硫化钼在不采用其它还原剂的同时保证了制备得到的二硫化钼结晶性良好，且所采用的原料成本较低，可以量产。

附图说明

图1为二硫化钼的SEM图。

图2为二硫化钼的Raman光谱谱图。

图3为不同水热温度下制备的二硫化钼的XRD图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

实施例1

一种以硫黄为硫源水热法合成二硫化钼的方法，包括以下步骤：

(1)制备硫源：称取2.4g九水硫化钠溶于20mL去离子水中，再加入1.49g升华硫粉，加热至40℃，得到多硫化钠溶液；

(2)制备钼源：称取3.53g四水钼酸铵溶于20mL去离子水中获得钼酸铵溶液；

(3)混合：将步骤(2)得到的钼酸铵溶液加入到步骤(1)所得多硫化钠溶液中，再加入10mL去离子水，混合得到红色悬浮液；

(4)合成：将步骤(3)所得红色悬浮液转移至聚四氟乙烯内衬不锈钢水热反应釜，设定水热反应温度为210℃，反应时间为15h，反应结束后得到黑色悬浮液；

(5)干燥：将步骤(4)所得的黑色悬浮液8000r/min进行离心，离心5min后取沉淀，采用质量分数为10％的氢氟酸溶液清洗沉淀后8000r/min离心5min，取沉淀，采用去离子水清洗沉淀两次后8000r/min离心5min，取沉淀，采用无水乙醇清洗沉淀后8000r/min离心5min，离心后取沉淀进行鼓风干燥，温度为50℃，干燥8h，得到二硫化钼黑色粉末。

实施例2

一种以硫黄为硫源水热法合成二硫化钼的方法，包括以下步骤：

(1)制备硫源：称取2.4g九水硫化钠溶于20mL去离子水中，再加入1.39g升华硫粉，加热至40℃，得到多硫化钠溶液；

(2)制备钼源：称取3.3g四水钼酸铵溶于20mL去离子水中获得钼酸铵溶液；

(3)混合：将步骤(2)得到的钼酸铵溶液加入到步骤(1)所得多硫化钠溶液中，再加入10mL去离子水，混合得到红色悬浮液；

(4)合成：将步骤(3)所得红色悬浮液转移至聚四氟乙烯内衬不锈钢水热反应釜，设定水热反应温度为200℃，反应时间为12h，反应结束后得到黑色悬浮液；

(5)干燥：将步骤(4)所得的黑色悬浮液8000r/min进行离心，离心5min后取沉淀，采用质量分数为10％的氢氟酸溶液清洗沉淀后8000r/min离心5min，取沉淀，采用去离子水清洗沉淀两次后8000r/min离心5min，取沉淀，采用无水乙醇清洗沉淀后8000r/min离心5min，离心后取沉淀进行鼓风干燥，温度为50℃，干燥8h，得到二硫化钼黑色粉末。

实施例3

一种以硫黄为硫源水热法合成二硫化钼的方法，包括以下步骤：

(1)制备硫源：称取2.4g九水硫化钠溶于20mL去离子水中，再加入1.39g升华硫粉，加热至40℃，得到多硫化钠溶液；

(2)制备钼源：称取3.3g四水钼酸铵溶于20mL去离子水中获得钼酸铵溶液；

(3)混合：将步骤(2)得到的钼酸铵溶液分别加入到步骤(1)所得多硫化钠溶液中，再加入10mL去离子水，混合得到红色悬浮液；

(4)合成：将步骤(3)所得红色悬浮液转移至聚四氟乙烯内衬不锈钢水热反应釜，设定水热反应温度为180℃，反应时间为20h，反应结束后得到黑色悬浮液；

(5)干燥：将步骤(4)所得的黑色悬浮液首先8000r/min进行离心，离心5min后取沉淀，采用质量分数为10％的氢氟酸溶液清洗沉淀后8000r/min离心5min，取沉淀，采用去离子水清洗沉淀两次后8000r/min离心5min，取沉淀，采用无水乙醇清洗沉淀后8000r/min离心5min，离心后取沉淀进行鼓风干燥，温度为50℃，干燥8h，得到二硫化钼黑色粉末。

实施例4

一种以硫黄为硫源水热法合成二硫化钼的方法，包括以下步骤：

(1)制备硫源：称取2.4g九水硫化钠溶于20mL去离子水中，再加入1.39g升华硫粉，加热至40℃，得到多硫化钠溶液；

(2)制备钼源：称取3.3g四水钼酸铵溶于20mL去离子水中获得钼酸铵溶液；

(3)混合：将步骤(2)得到的钼酸铵溶液分别加入到步骤(1)所得多硫化钠溶液中，再加入10mL去离子水，混合得到红色悬浮液；

(4)合成：将步骤(3)所得红色悬浮液转移至聚四氟乙烯内衬不锈钢水热反应釜，设定水热反应温度为220℃，反应时间为24h，反应结束后得到黑色悬浮液；

(5)干燥：将步骤(4)所得的黑色悬浮液首先8000r/min进行离心，离心5min后取沉淀，采用质量分数为10％的氢氟酸溶液清洗沉淀后8000r/min离心5min，取沉淀，采用去离子水清洗沉淀两次后8000r/min离心5min，取沉淀，采用无水乙醇清洗沉淀后8000r/min离心5min，离心后取沉淀进行鼓风干燥，温度为50℃，干燥8h，得到二硫化钼黑色粉末。

将实施例4所得二硫化钼粉末进行扫描电镜观察，如图1所示。

由图1可知，本申请中合成的MoS

实施例4所的二硫化钼粉末的Raman光谱如图2所示。

查阅资料可知，拉曼位移位于375.5cm

将实施例2-4所得二硫化钼粉末分别进行X射线衍射，如图3所示。

由图3可知，在180℃条件下合成的MoS