水热法合成MS2层状材料及其结构表征.doc

水热法合成MoS2层状材料及其结构表征 2O04年第62卷 第l8期,1807—1810 化学 ACTACHIMICASINICA V01.62.2O04 No.18,1807—1810 水热法合成MoS2层状材料及其结构表征 田野.何俣.尚静.朱永法,Ⅱ, (清华大学化学系北京100084) (清华大学有机光电子与分子工程教育部重点实验室北京100084) 摘要以硫脲为还原剂和硫源,利用水热法在160～220℃下反应,合成了具有很好晶相的MoS2.采用XRD,XPS和TEM对 其进行了结构表征,比较了反应温度对于成晶的影响,并且讨论了反应机理.研究表明,用此种方法合成MoS2较以往的水 热合成所用时间短,温度低,获得的晶相好,同时还有效地避免了使用吡啶等有机溶剂所带来的污染,为合成其他过渡金属 硫化物提供了新途径. 关键词MoS2,硫脲,水热合成 HydrothermalSynthesisandCharacterizationofLaminarMoS2 删,Ye.皿,Yu.SHANG,Jing.ZHU,Yong-Fa. (DE胁跏ofChemistry,University,neiji,~100084) (研LaboratoryofOrganicOptoelectronicsamp;MolecularEngineering,TsinghuaUniversity,Beijing100084) AbstractMoS2crystalsweresynthesizedbyahydrothermalmethodfromNa2MoO4andcs(NH2)2under160—220 oCfor24h.Thenlol2hanismofthereactionwasputforward.XRD.XPSandTEMwereusedtocharacterizethe product,andtheresultsshowedthatithasafairlygoodcrystalcomparedtootherMoS2productssynthesizedby hydrothermalmethodbefore,andcalleffectivelyreducepollutioncausedbypyridineandotherorganicsolventusedby others.TheresultsofXRDand1EMalsoshowedtherelationbetweentemperatureandthecrystals.Thismethodgave USanewroutinetosynthesizeothertransitionmetalsulfides. KeywordsMoS2,thiourea,hydrothermalsynthesis MoS2具有六方晶系层状结构,层与层之间在(001)方向 上通过弱的范德华力相结合I1J.由于其层状结构的特点,被 广泛应用于固体润滑剂l2,3J,加氢脱硫催化剂lL4],半导体材 料J,插层材料【6J以及无水锂电池【]中,尤其在航空航天工 业中有很大的应用价值.除了以天然钼辉矿作为MoS2的来 源以外,还可以通过真空中单质Mo和s的高温固相反 应I9J,硫代钼酸铵和MoS3等硫化物前驱体的热分解[10]或 氢气还原[n,12J,化学气相沉积(CVD)[13],激光真空溅射[14], 溶剂热反应8l,电解反应【J等方法获得MoS2.在上述方 法中,一般溶剂热反应体系所需要的反应温度比较低(100 300oC),反应条件比较温和,并且反应密闭性好,无需通惰 性气体保护.但是溶剂热方法通常得到的产品晶相都很差, 如果不经过高温退火,提高反应温度(300oC)引,或者延长 反应时间(30d)u,只能得到无定型MoS2或单分子层 MoS2E. 在本组先前的工作中,改善了以往溶剂热反应的条件, 采用Na2S作为硫源,水为溶剂,降低水热反应温度,得到了 一 定晶相的MoS2产物[2o;并成功使用KSCN同时作为还原 剂和硫源,在260oC水热条件下制备得到了单晶MoS2E.本 文介绍的方法中,我们选择硫脲作为还原剂和硫源,在更低 的温度下(160—220oC)水热合成了结晶完善的MoS2层状材 料,利用x射线衍射(Ⅺm),x光电子能谱(XPS)和透射电子 显微镜(TEM)对其进行了结构表征,并研究了反应机理.该 方法与以往的水热法合成MoS2相比较,晶相好,时间短,温 度更低,无需高温退火,并且选择以水作为溶剂,避免了以往 -E-mail:nhuyf@chem.tsinlI.GB ReceivedDecember23,2003;revisedMarch22,2004;acceptedMay22,2O04 教育部跨世纪优秀人