1T相二硫化鎢/石墨烯複合材料

二硫化鎢與二硫化鉬結構相同,都是典型三明治層狀結構,由於其層間相對較弱的范德華力,也可以剝離成單層或少層數的納米片,被認為是另外一種相當重要的二維納米片材料,具有獨特的物理、化學和電學特性。

二硫化鎢與二硫化鉬相同,都存在三種相態,即1T相、2H相和3R相,其中,1T相是WS2以一個S-W-S單分子層作為最小重複單元堆疊,而2H和3R 相是以兩個和三個S-W-S單分子層作為最小重複單元堆疊。

二硫化钨/石墨烯复合材料图片

自然界中大部分WS2是以2H稳定相存在的,1T和3R相属于亚稳态结构,在一定条件下可以转变为2H相。由于单层2H相的WS2 已经失去了双分子层为最小重复单元的特性,因此也被称为1H相。虽然单层WS2纳米材料在热、电、光、力学等方面的性质及其在光电子器件领域的潜在应用引起了科研人员的广泛关注。然而,一般的化学、物理法难以制备出纯单层结构的WS2纳米材料,尤其是不同相态的单层硫化钨剥离制备。

有研究人员提出一种制备单层1T相二硫化钨/石墨烯复合材料的方法,其大致内容有:

分别称取0.004mol的氢氧化锂和0.002mol的硫代钨酸铵,在玛瑙研钵中混合研磨1h,将研磨后的混合物置于刚玉坩埚中,放置在管式炉中,通氩气保护,程序升温至800℃,保温10h,然后继续通氩气自然降温至室温,得到插锂的1T相硫化钨(Li2WS4)块体;将插锂的硫化钨块体置于盛有50mL去离子水的容器中,超声分散10min,分散后的悬浮液在转速为 1000r/min的离心机上离心分离沉淀;根据去除沉淀后悬浮液中的二硫化钨含量加入1: 0.005质量比的氧化石墨烯,超声分散10min后加入0.25mL质量分数为80%的水合肼,继续超声0.5h得到单层1T相WS2/石墨烯悬浮液;将得到的单层1T相WS2/石墨烯悬浮液在转速为 4000r/min的离心机上分别用水和乙醇离心洗涤3次去除可溶性杂质,最后将沉淀物单层1T 相二硫化钨/石墨烯复合材料分散于100mL去离子水中保存。所得的单层1T相二硫化钨/石墨烯复合材料中石墨烯的含量约为0.25%,1T相单层WS2厚度为0.76nm。

该方法是以硫代钨酸铵和锂盐化合物为原料, 在一定温度下热处理得到1T相的插锂Li2WS2块体,插锂Li2WS2块体在去离子水中水解自行剥离,再与添加的氧化石墨烯自组装成单层1T相二硫化钨/石墨烯复合材料,制得的单层1T 相二硫化钨/石墨烯复合材料既可以提高材料的导电性能,又可以有效抑制单层1T相二硫化钨的团聚,简单、安全、高效且适合规模化生产的制备。

 

 

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