本發(fā)明屬于納米復合材料領(lǐng)域，具體涉及一種金屬納米顆粒非對稱性單面鑲嵌到二硫化鉬納米片的方法。

背景技術(shù)：

人類的發(fā)展對新型綠色能源材料的需求日益緊迫，與傳統(tǒng)化石能源相比，氫氣能源生成物為零污染的水，被普遍認為是最具潛力的未來能源之一。目前利用電化學催化方法（hydrogenevolutionreaction,her）將太陽能轉(zhuǎn)化為氫氣能，是目前發(fā)展未來綠色能源的有效方法之一。為了在較低的過電勢情況下獲得較大的電流密度，電化學催化方法主要采用貴金屬鉑作為催化劑。但是，貴金屬鉑價格昂貴，出于成本和其在地球中含量的考慮，開發(fā)替代鉑金屬，且價格低廉的催化劑成為發(fā)展清潔能源的迫切需求。二硫化鉬（molybdenumdisulfide）作為過渡性金屬雙流屬化合物（transitionmetaldichalcogenides）的一員，其儲量豐富、無毒，且易于制備單層或少層的二維納米材料。盡管石墨烯具有較高的電子遷移率，但是其零帶隙極大地限制在電子器件方面的應用。二硫化鉬二維納米片的遷移率高達200cm²/vs，開關(guān)電流比在室溫下約為108，而且其盡帶寬度隨著層數(shù)可由簡介帶隙1.2ev變化為1.9ev直接帶隙。因此，二硫化鉬在電子器件和光電器件中具有廣泛的應用。

納米尺度的二硫化鉬由于具有較高的電化學催化活性、儲量豐富，且在酸性或堿性溶液中性能穩(wěn)定，被認為是替代貴金屬鉑的理想材料之一。進一步研究表明，二硫化鉬納米材料的催化活性來源于裸露的面，而非表面的面。

由于二硫化鉬占比重更多的表面原子并未參與電化學催化反應，科學家們研究出了各種方法，以更加有效地提高二硫化鉬材料的催化活性。例如，在其表面引入具有催化活性的金屬、金屬氧化物或有機功能團，增加具有催化活性的位點。在保持二硫化鉬物理化學性質(zhì)的同時，引入雜質(zhì)原子、創(chuàng)建空位缺陷，也可以有效地提高二硫化鉬的催化性能。以上研究方法制備的金屬納米顆粒鑲嵌二硫化鉬復合材料中，金屬納米顆粒往往隨機鑲嵌在二硫化鉬的兩個表面。

納米鉑(pt)金屬粒子自身尺度為納米級別，具有高的比表面積，因而能夠表現(xiàn)出很多優(yōu)良的物理化學性能，例如催化、吸附，能量存儲等，但是將金屬納米顆粒非對稱性鑲嵌到二硫化鉬納米層的單面還是一個很具有挑戰(zhàn)性的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供的一種金屬納米顆粒非對稱性單面鑲嵌二硫化鉬復合體的合成方法。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種金屬納米顆粒對稱性單面鑲嵌二硫化鉬納米片的合成方法，其包括下列步驟：

（1）將金屬鹽粉末材料和二硫化鉬粉末材料按質(zhì)量比為1:3–1:50進行充分研磨、混合；

（2）將混合粉末置于流動空氣中進行煅燒，金屬鹽分解生成金屬納米顆粒，并鑲嵌在二硫化鉬表面，自然冷卻得到復合體；

（3）將復合體溶解在溶劑中，并在水浴超聲作用下剝離二硫化鉬層狀材料；然后對其離心得到上層清液，再對上層清液進行離心分離出金屬納米顆粒鑲嵌二硫化鉬納米片。

進一步方案，所述的金屬鹽為au、ag、pt、co、ni、mo、cu或zn的硝酸鹽、草酸鹽、碳酸鹽、醋酸鹽或硫酸鹽。

進一步方案，所述步驟（2）中的煅燒的溫度為250-300℃、煅燒時間為2-5小時。

進一步方案，所述步驟（2）中鑲嵌在二硫化鉬表面的金屬納米顆粒的粒徑為1-10nm。

進一步方案，所述步驟（3）中的上層清液是先通過低速離心機低速離心處理分離所得，然后再對上層清液通過高速離心機離心分離。

進一步方案，所述步驟（3）中的溶劑為極性有機溶劑。

本發(fā)明中的低速離心機的最高轉(zhuǎn)速為5000r/min，最大相對離心力為500×g；高速離心機的最高轉(zhuǎn)速為10000r/min，最大相對離心力為~3000×g。

本發(fā)明經(jīng)三步法合成金屬納米顆粒非對稱性單面鑲嵌二硫化鉬納米片，其中金屬納米顆粒包含但不限于au,ag,pt,co,ni,mo,cu和zn。該方法簡單易行，綠色環(huán)保，安全，無需還原劑，適合大批量生產(chǎn)，并且二硫化鉬納米片只有單面鑲嵌金屬納米顆粒，且納米顆粒尺寸分布較窄，平均粒徑可在1-10nm之間調(diào)控。

此外，可通過控制相應的金屬鹽與二硫化鉬的質(zhì)量比來調(diào)控金屬粒子密度。本發(fā)明合成的樣品中的金屬納米顆粒可以非常緊密的與二硫化鉬表面非對稱性地結(jié)合在一起。這種相互作用，一方面可調(diào)控二硫化鉬的帶隙，另一方面金屬納米顆粒的外層電子與二硫化鉬中單層硫原子相互作用，破壞二硫化鉬的對稱性，從而改變其電子結(jié)構(gòu)，同時增加活性位點數(shù)目，有利于二硫化鉬發(fā)揮更加迷人的性能。

與現(xiàn)代技術(shù)相比，本發(fā)明以金屬鹽與二硫化鉬納米層狀材料為前驅(qū)物，通過三步法合成了金屬納米顆粒非對稱性單面鑲嵌二硫化鉬納米片，具有簡單易行，適合大批量生產(chǎn)，安全環(huán)保，環(huán)境友好等優(yōu)點。

附圖說明

圖1為實施例1、2中的鉑納米顆粒非對稱性單面鑲嵌二硫化鉬納米片的掃描電鏡和透射電鏡照片。

圖2為實施例1的二硫化鉬的熱重曲線。

具體實施方式

為了對本發(fā)明有更深的了解，下面結(jié)合實施例對技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，但是本方面的實施例僅僅是為了解釋本發(fā)明，并非限制本發(fā)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員在有沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施案例，均屬于本發(fā)明的保護范圍。下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。

實施例1：

醋酸鉑和二硫化鉬粉末的質(zhì)量比為1:3，將二者在研缽中均勻充分研磨30分鐘，將混合后的粉末固體在流動空氣中煅燒，控制煅燒溫度范圍為300℃，煅燒時間3個小時，金屬鹽分解生成鉑金屬納米顆粒，并鑲嵌在二硫化鉬表面，自然冷卻降溫得到粉末固體，讓其溶解在含有二甲基甲酰（dmf）的圓底燒瓶中，在水浴超聲作用下剝離二硫化鉬層狀材料，最后通過低速離心機~500×g10分鐘，得到上層清液，再通過高速離心機~3000×g10分鐘，分離出金屬鉑納米顆粒非對稱性單面鑲嵌二硫化鉬納米片。

針對某一固定觀測區(qū)域，掃描電鏡和透射電鏡如圖1中a、b所示，可以看出制備的二硫化鉬片層較薄，鉑納米顆粒粒徑均勻分布，粒徑尺寸為2-5納米。圖1中a為掃描電子顯微鏡觀測結(jié)果，為鑲嵌在二硫化鉬上表面的鉑納米粒子；而圖1中b為相同觀測區(qū)域的投射電子顯微鏡圖片，為鑲嵌在二硫化鉬上下兩個表面的全部鉑納米粒子。圖1中a、b中納米粒子分布高度吻合，由此可知，圖1中a、b中的鉑納米顆粒非對稱性地鑲嵌在二硫化鉬表面，即主要分布在二硫化鉬的上單面，只有少數(shù)個別鉑納米顆粒分布在下表面。

如圖1中e、f所示是鉑納米顆粒鑲嵌二硫化鉬材料的高分辨電鏡照片，其中圖1中e中插圖為鉑納米粒子的粒徑分布統(tǒng)計，鉑金屬納米顆粒粒徑尺寸為1-8nm。圖1中f中的二硫化鉬的晶面間距為0.28nm，鉑納米顆粒的晶面間距為0.32nm。

如圖2所示，二硫化鉬材料在流動的空氣中加熱具有較高的熱穩(wěn)定性，加熱至300℃的情況下，質(zhì)量損失小于0.13%；加熱至370℃的情況下，質(zhì)量損失小于0.3%。

實施例2：

醋酸鉑和二硫化鉬粉末的質(zhì)量比為1:5，將二者在研缽中均勻充分研磨30分鐘，將混合后的粉末固體在流動空氣中煅燒，控制煅燒溫度范圍為300℃，煅燒時間3個小時，金屬鹽分解生成鉑金屬納米顆粒，并鑲嵌在二硫化鉬表面，自然冷卻降溫得到粉末固體，讓其溶解在含有dmf的圓底燒瓶中，在水浴超聲作用下剝離二硫化鉬層狀材料，最后通過低速離心機~500×g10分鐘，得到上層清液，再通過高速離心機~3000×g10分鐘，分離出金屬鉑納米顆粒非對稱性單面鑲嵌二硫化鉬納米片。

針對某一固定觀測區(qū)域，掃描電鏡和透射電鏡如圖1中c、d所示，鉑納米粒子非對稱性地鑲嵌在二硫化鉬下表面。

實施例3：

醋酸鉑和二硫化鉬粉末的質(zhì)量比為1:15，將二者在研缽中均勻充分研磨30分鐘，將混合后的粉末固體在流動空氣中煅燒，控制煅燒溫度范圍為300℃，煅燒時間3個小時，金屬鹽分解生成鉑金屬納米顆粒，并鑲嵌在二硫化鉬表面，自然冷卻降溫得到粉末固體，讓其溶解在含有dmf的圓底燒瓶中，在水浴超聲作用下剝離二硫化鉬層狀材料，最后通過低速離心機~500×g10分鐘，得到上層清液，再通過高速離心機~3000×g10分鐘，分離出金屬鉑納米顆粒非對稱性單面鑲嵌二硫化鉬納米片。

實施例4：

硝酸銀和二硫化鉬粉末的質(zhì)量比為1:30，將二者在研缽中均勻充分研磨30分鐘，將混合后的粉末固體在流動空氣中煅燒，控制煅燒溫度范圍為300℃，煅燒時間3個小時，硝酸銀分解生成銀納米顆粒，并鑲嵌在二硫化鉬表面，自然冷卻降溫得到粉末固體，讓其溶解在含有dmf的圓底燒瓶中，在水浴超聲作用下剝離二硫化鉬層狀材料，最后通過低速離心機~500×g10分鐘，得到上層清液，再通過高速離心機~3000×g10分鐘，分離出銀納米顆粒非對稱性單面鑲嵌二硫化鉬納米片。

實施例5：

碳酸銅和二硫化鉬粉末的質(zhì)量比為1:50，將二者在研缽中均勻充分研磨30分鐘，將混合后的粉末固體在流動空氣中煅燒，控制煅燒溫度范圍為300℃，煅燒時間3個小時，碳酸銅分解生成銅納米顆粒，并鑲嵌在二硫化鉬表面，自然冷卻降溫得到粉末固體，讓其溶解在含有dmf的圓底燒瓶中，在水浴超聲作用下剝離二硫化鉬層狀材料，最后通過低速離心機~500×g10分鐘，得到上層清液，再通過高速離心機~3000×g10分鐘，分離出銅納米顆粒非對稱性單面鑲嵌二硫化鉬納米片。

實施例6：

硫酸鈷和二硫化鉬粉末的質(zhì)量比為1:50，將二者在研缽中均勻充分研磨30分鐘，將混合后的粉末固體在流動空氣中煅燒，控制煅燒溫度范圍為250℃，煅燒時間5個小時，硫酸鈷分解生成鈷納米顆粒，并鑲嵌在二硫化鉬表面，自然冷卻降溫得到粉末固體，讓其溶解在含有dmf的圓底燒瓶中，在水浴超聲作用下剝離二硫化鉬層狀材料，最后通過低速離心機~500×g10分鐘，得到上層清液，再通過高速離心機~3000×g10分鐘，分離出鈷納米顆粒非對稱性單面鑲嵌二硫化鉬納米片。

實施例7：

草酸鋅和二硫化鉬粉末的質(zhì)量比為1:10，將二者在研缽中均勻充分研磨30分鐘，將混合后的粉末固體在流動空氣中煅燒，控制煅燒溫度范圍為350℃，煅燒時間2個小時，草酸鋅分解生成鋅納米顆粒，并鑲嵌在二硫化鉬表面，自然冷卻降溫得到粉末固體，讓其溶解在裝有水的圓底燒瓶中，在水浴超聲作用下剝離二硫化鉬層狀材料，最后通過低速離心機~500×g10分鐘，得到上層清液，再通過高速離心機~3000×g10分鐘，分離出鋅納米顆粒非對稱性單面鑲嵌二硫化鉬納米片。

實施例8：

硫酸金和二硫化鉬粉末的質(zhì)量比為1:50，將二者在研缽中均勻充分研磨30分鐘，將混合后的粉末固體在流動空氣中煅燒，控制煅燒溫度范圍為300℃，煅燒時間4小時；硫酸金分解生成金納米顆粒，并鑲嵌在二硫化鉬表面，自然冷卻降溫得到粉末固體，讓其溶解在含有二甲亞砜的圓底燒瓶中，在水浴超聲作用下剝離二硫化鉬層狀材料，最后通過低速離心機~500×g10分鐘，得到上層清液，再通過高速離心機~3000×g10分鐘，分離出金納米顆粒非對稱性單面鑲嵌二硫化鉬納米片。

因此，本發(fā)明不限于這里的實施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，不脫離本發(fā)明范疇所做出的改進和修改都應該在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。