本發(fā)明屬于無機(jī)納米材料制備的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種二氧化鉬超薄六方納米片及其制備方法。

背景技術(shù)：

在納米技術(shù)領(lǐng)域中，自從2004年石墨烯被英國科學(xué)家geim和novoselov制備出來以后，二維材料引起了科學(xué)家們的研究熱潮，而且近年來二維材料得到迅猛發(fā)展。二維材料的表面原子幾乎完全裸露，相比于體相材料，原子利用率大大提高。通過厚度控制和元素?fù)诫s，就可以更加容易地調(diào)控能帶結(jié)構(gòu)和電學(xué)特性。簡言之，二維材料具有以下3個優(yōu)勢：1)更利于化學(xué)修飾，可以調(diào)控催化和電學(xué)性能；2)更利于電子傳遞，有利于電子器件性能的提升；3)柔性和透明度高，在可穿戴智能器件、柔性儲能器件等領(lǐng)域前景誘人。

目前二維納米材料的研究方向主要有三個：1)二維材料的大量制備問題需要進(jìn)行深入研究，目前許多二維納米材料不能進(jìn)行大量的制備，這給實(shí)際應(yīng)用造成了很大的障礙。2)對二維材料的納米復(fù)合材料進(jìn)行研究。納米二維材料本身具有很多優(yōu)異的性質(zhì)，進(jìn)行二維材料的納米復(fù)合材料研究，可以在二維材料良好的性質(zhì)基礎(chǔ)上，增加其他納米材料的優(yōu)點(diǎn)，使材料的性質(zhì)更加優(yōu)良。3)研究納米二維材料的應(yīng)用。納米二維材料具有優(yōu)異的性質(zhì)，具有傳統(tǒng)材料不具有的優(yōu)勢，深入挖掘其應(yīng)用，使其應(yīng)用更加廣泛，有利于對社會的發(fā)展進(jìn)步。

本發(fā)明著眼于解決二維納米材料的大量制備問題，基于三氧化鉬升華和氬氫混合氣弱還原性的綜合技術(shù)提出一種生產(chǎn)成本低廉，制備方法簡單，控制精度低，重復(fù)性好，能制備出大量高體積量的二氧化鉬超薄六方納米片的方法。而且，本發(fā)明中moo2屬于單斜晶系，p21/c(14)群，晶胞參數(shù)具有金紅石結(jié)構(gòu)，由mo-o鍵構(gòu)成的八面體結(jié)構(gòu)，八面體中心為mo金屬元素。在moo2結(jié)構(gòu)中，金屬原子遠(yuǎn)近交替地排列，由于其中mo⁴⁺的自由電子密度較高，使該材料具有較高的振實(shí)密度和能與金屬相媲美的導(dǎo)電性，是一種比較特殊的過渡金屬氧化物，幾乎可以達(dá)到金屬導(dǎo)電級別。由于具有高電導(dǎo)率、高熔點(diǎn)、高化學(xué)穩(wěn)定性等獨(dú)特的性能，因而被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種二氧化鉬超薄六方納米片的制備方法。本發(fā)明的方法包括三氧化鉬或鉬酸鹽升華和惰性-還原性氣體混合氣弱還原的平衡反應(yīng)：鉬源在高溫下升華得到鉬源(如三氧化鉬)蒸氣，被惰性氣體和還原性氣體混合載氣中的還原性氣體還原，進(jìn)而得到二氧化鉬超薄六方納米片。本發(fā)明的方法簡單，生產(chǎn)成本低廉，控制精度低，重復(fù)性好，能制備出大量高體積量的二氧化鉬超薄六方納米片，該二氧化鉬超薄六方納米片為純相二氧化鉬化合物，形貌為六邊形片狀。

本發(fā)明的再一目的在于提供由上述方法制備得到的二氧化鉬六方納米片。

本發(fā)明目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種二氧化鉬六方納米片的制備方法，包括如下步驟：將鉬源置于管式爐內(nèi)的有效加熱區(qū)域，抽真空，然后通入惰性-還原性氣體混合氣，升溫后保溫條件下進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)后在管式爐外部，即石英管尾部，獲得所述二氧化鉬超薄六方納米片。所述保溫的溫度使得鉬源為氣態(tài)，即保溫溫度大于或等于鉬源升華溫度；所述惰性-還原性氣體混合氣中還原性氣體的體積百分?jǐn)?shù)≤50％。

進(jìn)一步地，所述鉬源為鉬基化合物，優(yōu)選三氧化鉬或鉬酸鹽等。

進(jìn)一步地，所述保溫的溫度為790℃～1000℃，優(yōu)選為900℃；保溫的時間為30～120min。

進(jìn)一步地，所述升溫的速度為5～20℃/min，優(yōu)選為20℃/min。

進(jìn)一步地，所述惰性-還原性氣體混合氣為氬氫混合氣(ar-h2混合氣)，氮?dú)浠旌蠚?n2-h2混合氣)，氬氨混合氣(ar-nh3混合氣)或氮氨混合氣(n2-nh3混合氣)等。

所述惰性-還原性氣體混合氣中還原性氣體的體積含量為5％～50％。

所述惰性-還原性氣體混合氣優(yōu)選為5-50vol％ar-h2混合氣，更優(yōu)選為10vol％ar-h2混合氣。(百分?jǐn)?shù)是指還原氣體在混合氣中所占的體積百分比)

進(jìn)一步地，升溫時惰性-還原性氣體混合氣的氣體流量為5～50sccm，優(yōu)選為10sccm。

進(jìn)一步地，保溫時惰性-還原性氣體混合氣的氣體流量為50～200sccm，優(yōu)選為200sccm。

制得的二氧化鉬六方納米片宏觀上為堆積蓬松的絮狀，微觀上具有規(guī)則的六方片，且大小在1～2μm，厚度≤10nm。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果：

(1)本發(fā)明制備二氧化鉬超薄六方納米片的方法，工藝簡單，制備周期短，操作方便，重復(fù)性好，效率高，易于實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，對制備環(huán)境要求較低，有助于二氧化鉬超薄六方納米片的實(shí)際應(yīng)用及工業(yè)化生產(chǎn)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明使用的三氧化鉬的熱重-差熱分析曲線圖；

圖2為本發(fā)明使用的三氧化鉬的掃描電子顯微鏡(sem)圖；

圖3為本發(fā)明制備二氧化鉬超薄六方納米片工藝流程示意圖；

圖4為實(shí)施例1制備的二氧化鉬超薄六方納米片的x射線衍射圖；

圖5為實(shí)施例1制備的二氧化鉬超薄六方納米片的掃描電子顯微鏡(sem)照片；

圖6為實(shí)施例1制備的二氧化鉬超薄六方納米片的高倍掃描電子顯微鏡(sem)照片；

圖7為實(shí)施例1制備的二氧化鉬超薄六方納米片的透射電子顯微鏡(tem)照片；

圖8為實(shí)施例1制備的二氧化鉬超薄六方納米片的高分辨透射電子顯微鏡(tem)照片；

圖9為實(shí)施例1制得的二氧化鉬超薄六方納米片的選區(qū)電子衍射譜圖；

圖10為實(shí)施例2制備的二氧化鉬超薄六方納米片的掃描電子顯微鏡(sem)照片；

圖11為實(shí)施例3制備的二氧化鉬超薄六方納米片的掃描電子顯微鏡(sem)照片；

圖12為實(shí)施例13制備的二氧化鉬超薄六方納米片的掃描電子顯微鏡(sem)照片。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例以及附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步闡述，但本發(fā)明不限于以下實(shí)施例。以下實(shí)施例主要通過以ar-h2混合氣制備二氧化鉬超薄六方納米片。

本發(fā)明使用的三氧化鉬的熱重-差熱分析曲線如圖1所示，通過熱重-差熱結(jié)果，判斷氧化鉬的升華溫度為～790℃。在790～1000℃下，三氧化鉬升華，通入ar-h2混合氣中的氫氣與生成的三氧化鉬蒸氣進(jìn)行還原反應(yīng)，形成二氧化鉬超薄六方納米片。

本發(fā)明采用的三氧化鉬的sem圖如圖2所示。

本發(fā)明制備二氧化鉬超薄六方納米片工藝流程示意圖如圖3所示。

實(shí)施例1

利用如圖1所示三氧化鉬的熱重-差熱分析曲線，分析三氧化鉬的升華規(guī)律；并采用圖3所示工藝流程示意圖制備二氧化鉬超薄六方納米片。

(1)將未經(jīng)任何處理的三氧化鉬粉末置于瓷舟中，將瓷舟放入管式爐內(nèi)的有效加熱區(qū)域石英管中，利用真空泵排盡石英管中的空氣，然后通入10vol％ar-h2氣體，加熱過程中10vol％ar-h2氣體流速保持在10sccm，控制升溫速率為20℃/min，反應(yīng)溫度為900℃；

(2)當(dāng)管式爐溫度達(dá)到900℃時，調(diào)節(jié)通入10vol％ar-h2的流量為200sccm，保溫120min，反應(yīng)后在管式爐外部，即石英管尾部，獲得所述二氧化鉬六方納米片。

將本實(shí)施例制備的產(chǎn)物通過x射線衍射表征，xrd圖如圖4所示。從圖中可知，本實(shí)施例得到的產(chǎn)物為純相二氧化鉬。

本實(shí)施例制備的產(chǎn)物的掃描電鏡照片如圖5、圖6所示，圖5和6放大倍數(shù)不同，圖6為高倍sem圖。從圖中可知，得到的二氧化鉬超薄六方納米片宏觀上為蓬松的絮狀，微觀上尺寸均勻且大小為1～2μm，厚度≤10nm，具有六邊形形貌。

本實(shí)施例制備的產(chǎn)物的透射電子顯微鏡照片如圖7和8所示，圖8為高分辨tem圖。從圖中可知，超薄納米二氧化鉬片具有超薄的厚度(圖7)和良好的單晶結(jié)構(gòu)(圖8)。

本實(shí)施例制備的產(chǎn)物的選區(qū)電子衍射譜圖如圖9所示。從圖中(圖9)分析得出該二氧化鉬超薄六方納米片為六方相結(jié)構(gòu)。

實(shí)施例2

按照實(shí)施例1中的方法制備的二氧化鉬超薄六方納米片。不同的是，反應(yīng)溫度為790℃，當(dāng)管式爐溫度達(dá)到790℃時，調(diào)節(jié)通入10vol％ar-h2的流量為100sccm，反應(yīng)后，在管式爐尾部獲得二氧化鉬超薄六方納米片。

本實(shí)施例獲得的產(chǎn)物與實(shí)施例1結(jié)果相似，同樣長出了二氧化鉬六方納米片；制得的二氧化鉬六方納米片的sem圖如圖10，微觀上尺寸均勻且大小為1～2μm，厚度≤10nm，具有超薄六方納米片結(jié)構(gòu)。

實(shí)施例3

按照實(shí)施例1中的方法制備的二氧化鉬超薄六方納米片。不同的是，反應(yīng)溫度為1000℃，當(dāng)管式爐溫度達(dá)到1000℃時，調(diào)節(jié)通入10vol％ar-h2的流量為100sccm，反應(yīng)后，在管式爐尾部獲得二氧化鉬超薄六方納米片。

本實(shí)施例獲得的產(chǎn)物與實(shí)施例1結(jié)果相似，同樣長出了二氧化鉬超薄六方納米片；獲得的二氧化鉬超薄六方納米片的sem圖如圖11所示，為蓬松的絮狀。

實(shí)施例4

按照實(shí)施例1中的方法制備的二氧化鉬超薄六方納米片。不同的是，反應(yīng)升溫速率設(shè)為10℃/min，反應(yīng)后，在管式爐尾部獲得二氧化鉬超薄六方納米片。

本實(shí)施例獲得的產(chǎn)物與實(shí)施例1結(jié)果相似，同樣長出了二氧化鉬超薄六方納米片；獲得的二氧化鉬超薄六方納米片的sem圖與實(shí)施例1的圖6相似，為蓬松的絮狀。

實(shí)施例5

按照實(shí)施例1中的方法制備的二氧化鉬超薄六方納米片。不同的是，反應(yīng)保溫時間設(shè)為60min，反應(yīng)后，在管式爐尾部獲得二氧化鉬超薄六方納米片。

本實(shí)施例獲得的產(chǎn)物與實(shí)施例1結(jié)果相似，同樣長出了二氧化鉬超薄六方納米片；獲得的二氧化鉬超薄六方納米片的sem圖與實(shí)施例1的圖6相似，為蓬松的絮狀。

實(shí)施例6

按照實(shí)施例1中的方法制備的二氧化鉬超薄六方納米片。不同的是，反應(yīng)保溫時間設(shè)為120min，反應(yīng)后，在管式爐尾部獲得二氧化鉬超薄六方納米片。

本實(shí)施例獲得的產(chǎn)物與實(shí)施例1結(jié)果相似，同樣長出了二氧化鉬超薄六方納米片；獲得的二氧化鉬超薄六方納米片的sem圖與實(shí)施例1的圖6相似，為蓬松的絮狀。

實(shí)施例7

按照實(shí)施例1中的方法制備的二氧化鉬超薄六方納米片。不同的是，管式爐溫度達(dá)到900℃時，調(diào)節(jié)通入10vol％ar-h2的流量為150sccm，反應(yīng)結(jié)束后，在管式爐尾部收集絮狀物，即得到二氧化鉬超薄六方納米片。

本實(shí)施例結(jié)果與實(shí)施例1結(jié)果相似，同樣制備出了二氧化鉬超薄六方納米片；獲得的二氧化鉬超薄六方納米片的sem圖與實(shí)施例1的圖6相似，為紫色蓬松的絮狀物。

實(shí)施例8

按照實(shí)施例1中的方法制備的二氧化鉬超薄六方納米片。不同的是，管式爐溫度達(dá)到900℃時，調(diào)節(jié)通入ar-h2的體積分?jǐn)?shù)為5vol％ar-h2，反應(yīng)結(jié)束后，在管式爐尾部收集紫色蓬松的絮狀物，即得到二氧化鉬超薄六方納米片。

本實(shí)施例結(jié)果與實(shí)施例1結(jié)果相似，同樣制備出了二氧化鉬超薄六方納米片；獲得的二氧化鉬超薄六方納米片的sem圖與實(shí)施例1的圖6相似，為紫色蓬松的絮狀物。

實(shí)施例9

按照實(shí)施例1中的方法制備的二氧化鉬超薄六方納米片。不同的是，管式爐溫度達(dá)到900℃時，調(diào)節(jié)通入ar-h2的體積分?jǐn)?shù)為50vol％ar-h2，反應(yīng)結(jié)束后，在管式爐尾部收集紫色蓬松的絮狀物，即得到二氧化鉬超薄六方納米片。

本實(shí)施例結(jié)果與實(shí)施例1結(jié)果相似，同樣制備出了二氧化鉬超薄六方納米片；得到的二氧化鉬超薄六方納米片的sem圖與實(shí)施例1的圖6相似，為紫色蓬松的絮狀物。

實(shí)施例10

按照實(shí)施例1中的方法制備二氧化鉬超薄六方納米片。不同的是，調(diào)節(jié)升溫時通入10vol％ar-h2的流量為50sccm，反應(yīng)結(jié)束后，在管式爐尾部收集紫色蓬松的絮狀物，即得到二氧化鉬六方納米片。

本實(shí)施例結(jié)果與實(shí)施1結(jié)果相似，同樣制備出了二氧化鉬超薄六方納米片；獲得的二氧化鉬超薄六方納米片的sem圖與實(shí)施例1的圖6相似，為紫色蓬松的絮狀物。

實(shí)施例11

按照實(shí)施例1中的方法制備二氧化鉬超薄六方納米片。不同的是，調(diào)節(jié)升溫時通入10vol％ar-h2的流量為5sccm，反應(yīng)結(jié)束后，在管式爐尾部收集紫色蓬松的絮狀物，即得到二氧化鉬六方納米片。

本實(shí)施例結(jié)果與實(shí)施1結(jié)果相似，同樣制備出了二氧化鉬超薄六方納米片；獲得的二氧化鉬超薄六方納米片的sem圖與實(shí)施例1的圖6相似，為紫色蓬松的絮狀物。

實(shí)施例12

按照實(shí)施例1中的方法制備二氧化鉬超薄六方納米片。不同的是，采用三氧化鉬納米帶為鉬源，管式爐溫度達(dá)到900℃時，調(diào)節(jié)通入10vol％ar-h2的流量為100sccm，反應(yīng)120min后，在管式爐尾部收集紫色蓬松的絮狀物，即得到二氧化鉬超薄六方納米片。

本實(shí)施例結(jié)果與實(shí)施1結(jié)果相似，同樣制備出了二氧化鉬超薄六方納米片；制得的二氧化鉬六方納米片的sem圖與實(shí)施例1的圖6相似，為紫色蓬松的絮狀物。

實(shí)施例13

(1)將未經(jīng)任何處理的三氧化鉬粉末作為鉬源放置于瓷舟中，將瓷舟放入石英管中，使鉬源置于位于管式爐加熱區(qū)域，利用真空泵排盡石英管中的空氣，然后通入10vol％n2-h2氣體，如此循環(huán)3次盡量排出石英管內(nèi)的氧氣，隨后開始加熱，加熱過程中10vol％n2-h2氣體流速保持在10sccm，控制升溫速率為20℃/min，反應(yīng)溫度為900℃；

(2)當(dāng)管式爐溫度達(dá)到900℃時，將10vol％n2-h2流量調(diào)為100sccm，所述載氣流量通過流量計(jì)監(jiān)測，保溫120min；反應(yīng)結(jié)束后，在管式爐尾部收集紫色蓬松的絮狀物，即得到二氧化鉬超薄六方納米片。

本實(shí)施例結(jié)果與實(shí)施例1結(jié)果相似，同樣制備出了二氧化鉬六方納米片。制得的二氧化鉬六方納米片的sem圖如圖12所示，為紫色蓬松的絮狀物。

從實(shí)施例的結(jié)果可以看出，本發(fā)明通過簡單易行的方法生長出了二氧化鉬超薄六方納米片。

以上詳細(xì)描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，但是，本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式中的具體細(xì)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(jìn)行多種簡單變型，這些簡單變型均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

另外需要說明的是，在上述具體實(shí)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(jìn)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(shí)施方式之間也可以進(jìn)行任意組合，只要其不違背本發(fā)明的思想，其同樣應(yīng)當(dāng)視為本發(fā)明所公開的內(nèi)容。