本發(fā)明屬于半導體納米材料制備技術領域，具體涉及一種采用一步燒結法制備具有大比表面積的N摻雜WS₂納米片的方法。

背景技術：

近幾年來，二維半導體材料因其獨特的物理與化學性質成為納米材料研究領域的熱點，其中以石墨烯為代表。石墨烯所帶來的新奇物理效應及化學效應引起了人們極大地關注。石墨烯雖然存在著諸多的優(yōu)勢，但由于其帶隙為零，限制了它在光電子領域的應用。近年來過渡金屬硫化物材料因具有與石墨烯相似的結構與性質，受到了研究者越來越多的關注和研究。這些具有半導體特征的金屬硫化物，被廣泛應用于被廣泛的應用于催化、儲氫、儲鋰等領域。

WS₂作為典型的過渡金屬硫化物，是一種具有間接帶隙的半導體材料，不僅如此它還具有類似于石墨的層狀結構。這種結構使得WS₂具有特殊的光、電、熱等性能。此外WS₂作為固體潤滑劑具有優(yōu)異的減摩，耐磨等性能?；赪S₂這些非常優(yōu)異的性能，越來越多的科學家投身于此，研發(fā)出各種各樣的制備方法。目前對于WS₂的制備主要采用射頻濺射法、模板法、水熱合成法、微波輔助合制備富勒烯結構的納米WS₂的方法及其專用流化床反應器，成、超聲化學合成等方法。目前已有的WS₂的制備方法專利如下：專利名稱為“一種制備富勒烯結構的納米WS₂的方法及其專用流化床反應器”，專利號為CN201310297126.5；中國地質大學（北京）公開的CN103741224A，專利申請名稱為“高純度高密度WS₂層片狀納米結構的制備方法”；以及專利名稱為“一種富勒烯結構納米WS₂的合成裝置、方法及用途”，專利號為ZL201210270378.4。

目前所提供的這些制備方法對于設備要求高、工藝復雜、成本昂貴、不利于器件的開發(fā)和應用。因此，非常有必要尋找一種設備要求低、工藝簡單、成本廉價且能具有高效的重復性。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術問題是針對現(xiàn)有技術中的缺點而提供一種采用一步燒結法制備具有大比表面積的N摻雜WS₂納米片的方法，該方法制備工藝簡單，成本廉價，而且可重復性高的具有較大比表面積N摻雜WS₂納米片的制備方法。

為解決本發(fā)明的技術問題采用如下技術方案：

一種具有大比表面積的N摻雜WS₂納米片制備方法，在室溫下將硫脲和氯化鎢的混合物在酒精作用下制成膠體，膠體干燥后在氮氣環(huán)境下燒結得到具有大比表面積的N摻雜WS₂納米片。

上述具有大比表面積的N摻雜WS₂納米片制備方法，其具體步驟如下：

a）首先將氯化鎢放入容器中，然后向容器中加入硫脲，最后向容器中加入酒精得到的膠體；

b）將得到的膠體放入恒溫箱中，在70-100攝氏度下干燥；

c）將干燥好的樣品，放入瓷舟中，在100-200 sccm的氬氣環(huán)境下在540-560攝氏度的管式爐中燒結2-4小時后隨爐降溫得到具有大比表面積的N摻雜WS₂納米片。

其中氯化鎢與硫脲的質量比1:1-6，每克硫脲加入酒精8-50ml。

所述步驟c）中管式爐從室溫到540-560攝氏度的升溫速率為8-12攝氏度/分鐘。

本發(fā)明是采用一步燒結法制備具有大比表面積的N摻雜WS₂納米片的方法，該方法制備工藝簡單，成本廉價，而且可重復性高的具有較大比表面積N摻雜WS₂納米片的制備方法。制備的N摻雜WS₂納米片，不僅具有WS₂的優(yōu)異性能，而且具有較大的比表面積，使其的應用更加廣泛，而且提供了一種簡單的摻雜方法。制備方法要求的設備簡單（管式爐），原料廉價，工藝簡單易行，成本低，反應條件可控，可重復性強，產(chǎn)品產(chǎn)量大。它不僅具有WS₂所具有的各種性能，而且具有較大的比表面積，使它的應用更加廣泛。同時本發(fā)明可通過調節(jié)氯化鎢和硫脲的比例，得到不同比表面積的產(chǎn)品，得到的產(chǎn)品最大的比表面積為110m²/g。

附圖說明

圖1為本發(fā)明S 1.2 X射線衍射圖譜；

圖2為本發(fā)明S1.2的透射電鏡圖片；

圖3為本發(fā)明 S1.2的X射線光電子能譜；

圖4為本發(fā)明S 1.2的氮氣吸附去吸附曲線；

圖5為本發(fā)明不同氯化鎢和硫脲的比例所得產(chǎn)品的X射線衍射圖譜。

具體實施方式

下面結合實施例對本發(fā)明做進一步的詳細說明：

一種具有大比表面積的N摻雜WS₂納米片制備方法，其工藝為：在室溫下將硫脲和氯化鎢的混合物在酒精作用下制成膠體，膠體干燥后在氮氣環(huán)境下燒結得到具有大比表面積的N摻雜WS₂納米片。

實施例1

一種具有大比表面積的N摻雜WS₂納米片制備方法，具體步驟如下：將0.5 g 氯化鎢和2 g的硫脲放入燒杯中，然后向燒杯中逐滴加入25 ml的酒精。將得到的膠體，放入恒溫箱中，在70攝氏度下干燥。再將干燥好的膠體平鋪在干凈的瓷舟中并放入管式爐在100 sccm的氮氣中從室溫以10攝氏度/分鐘的速度開始上升，當溫度達到540攝氏度時保溫兩個小時后，當溫度降至室溫取出樣品，得到樣品N-WS₂利用X射線光電子能譜分析得到該樣品中N的質量分數(shù)為1.2 at%，因此將該樣品命名為S 1.2。

實施例2

將0.5 g氯化鎢和0.5 g的硫脲放入燒杯中，然后向燒杯中逐滴加入25 ml的酒精。將得到的膠體，放入恒溫箱中，在80攝氏度下干燥。再將干燥好的膠體平鋪在干凈的瓷舟中并放入管式爐在100 sccm的氮氣中從室溫以8攝氏度/分鐘的速度開始上升，當溫度達到550攝氏度時保溫兩個小時后，當溫度降至室溫取出樣品，得到樣品N-WS₂利用X射線光電子能譜分析得到該樣品中N的質量分數(shù)為0.3 at%，因此將該樣品命名為S 0.3。

實施例3

將0.5 g氯化鎢和1 g的硫脲放入燒杯中，然后向燒杯中逐滴加入25 ml的酒精。將得到的膠體，放入恒溫箱中，在80攝氏度下干燥。再將干燥好的膠體平鋪在干凈的瓷舟中并放入管式爐在100 sccm的氮氣中從室溫以12攝氏度/分鐘的速度開始上升，當溫度達到550攝氏度時保溫兩個小時后，當溫度降至室溫取出樣品，得到樣品N-WS₂利用X射線光電子能譜分析得到該樣品中N的質量分數(shù)為0.6 at%，因此將該樣品命名為S 0.6。

實施例4

將0.5 g氯化鎢和3 g的硫脲放入燒杯中，然后向燒杯中逐滴加入24 ml的酒精。將得到的膠體，放入恒溫箱中，在100攝氏度下干燥。再將干燥好的膠體平鋪在干凈的瓷舟中并放入管式爐在200 sccm的氮氣中從室溫以10攝氏度/分鐘的速度開始上升，當溫度達到560攝氏度時保溫四個小時后，當溫度降至室溫取出樣品，得到樣品N-WS₂利用X射線光電子能譜分析得到該樣品中N的質量分數(shù)為1.2 at%，因此將該樣品命名為S 1.8。

利用X射線衍射儀分析產(chǎn)物的結構，如圖1所示，我們從圖中明顯的看到五個衍射峰為分別為(002)，(012)，(104)，(110)和(202)。這些峰位對應于六角結構的WS₂（JCPDF84-1399，結果表明我們合成的產(chǎn)物為N-WS₂納米片。圖2為S1.2的透射電鏡圖片，圖2 為S 1.2的中透射電鏡圖片，從圖2a和圖2c中可以看出我們的樣品呈納米花狀，圖2b為S 1.2高分辨透射電鏡圖片，從圖中可以看出該樣品的晶格間距為0.19 nm對應于WS₂的（012）面，并且可以看到我們的花瓣厚度為3層。圖2d-2f 分別為N，W和S的mapping圖片，從圖中可以看出N均勻的分布在該樣品中。進一步的表明我們合成的樣品為N-WS₂納米片。圖3為S1.2的X射線光電子能譜，從圖3a的全譜圖中可以看出我們的樣品并沒有其它雜質，只存在N，S，和W這三種元素，與我們圖二的mapping結果相符合。圖3b-3d為W，S，和W的精細譜，表明我們樣品只有這三種元素，并且從圖3d的N的擬譜可以看到在該樣品中出現(xiàn)了N-W鍵，表明我們成功地制備了N摻雜的WS₂納米片。結合圖1，圖2，圖3的結果表明我們成功地制備出了N-WS₂納米片。此外如圖4所示，我們利用氮氣吸附去吸附的方法測出S1.2樣品的比表面積為58.87 m²/g。如圖5所示，我們研究了不同N摻雜量的WS₂納米片，從圖中可以看出隨著硫脲量的增加，N-WS₂的衍射峰先逐漸增強，當配比為S1.8時開始減弱。