專利名稱：一種高取向性二硒化鎢納米線的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到一種二硒化鎢(WSe2)納米線的制備方法，特別是一種高取向性二硒化鎢納米線的制備方法。
背景技術(shù)：
WS2、WSe2等過渡金屬二硫化物/ 二硒化物具有類似于富勒烯的結(jié)構(gòu)，而且單分子層WSe2材料可用來制造比傳統(tǒng)硅材料更小、能效更高的電子芯片，這使得WSe2在下一代納米電子設(shè)備領(lǐng)域?qū)⒈葌鹘y(tǒng)的硅材料或富勒烯更有優(yōu)勢，在電子學(xué)領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景。此外，由于WSe2層間以范德華力結(jié)合，層內(nèi)以共價鍵結(jié)合，這使得其在潤滑劑、工業(yè)催化方面也具有重要的應(yīng)用。 自從1992年WS2的富勒烯與納米管結(jié)構(gòu)首次被發(fā)現(xiàn)以來，針對硒化鎢納米結(jié)構(gòu)的制備也進(jìn)行了系列研究。如 Manashi Nath (Chem. Commun. 2001，2236 - 2237)等米用 H2 還原方法制備出了 WSe2 納米管，J. H. Yang(Cryst. Res. Technol. 44 (2009)967 - 970)等采用球磨方法制備出了 WSe2 納米棒，W. J. Li (Cryst. Res. Technol. 47, (2012)876 - 881)等采用固態(tài)方法制備出了 WSe2 納米片，K. S. Cao (TRIB0L0GY TRANSACTIONS, 55 (2012)297-301)等采用固態(tài)反應(yīng)方法制備出了塔狀WSe2納米片。但以上方法制備出的WSe2納米結(jié)構(gòu)在反應(yīng)過程中或者存在反應(yīng)復(fù)雜、或者存在反應(yīng)條件苛刻、反應(yīng)過程中使用H2等危險性氣體，制備出的納米結(jié)構(gòu)取向性不好等問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對以上存在的問題，提供一種采用WO2納米線作為鎢源、采用純度為99. 9%以上的高純Se硒化的簡單環(huán)保、成本低的具有高取向性的二硒化鎢納米線的制備方法。本發(fā)明技術(shù)方案如下本發(fā)明一種高取向性二硒化鎢(WSe2)納米線的制備方法，其特征在于采用兩步反應(yīng)法，首先以Na2WO4 · 2H20和CH3CSNH2為反應(yīng)溶質(zhì)，以CTAB為絡(luò)合劑，純度為18兆歐以上的去離子水做反應(yīng)溶劑，采用水熱方法制備出WO2納米線，然后再將這種納米線用純度為99. 9%以上的高純硒(Se)硒化，獲得了高取向性的二硒化鎢納米線。具體方法是A、采用水熱方法，以鎢酸鈉(Na2WO4 ·2Η20)、硫代乙酰胺(CH3CSNH2)為反應(yīng)溶質(zhì)，以十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)為絡(luò)合劑，純度為18兆歐以上的去離子水做反應(yīng)溶劑，將反應(yīng)溶質(zhì)和絡(luò)合劑分別溶解后混合，并以氨水(NH3 · H2O)調(diào)節(jié)混合溶液的PH值至8-12，使混合溶液在160-220°C的反應(yīng)釜中反應(yīng)64-90小時，反應(yīng)完畢后用用純度為18兆歐以上的去離子水和無水乙醇分別對產(chǎn)物進(jìn)行離心洗滌多次，將洗滌后的產(chǎn)物在80°C的真空中干燥，得到灰黑色WO2納米線產(chǎn)物。B、將反應(yīng)所得到的WO2納米線作為反應(yīng)的鎢源置于加熱爐中，將一清洗干凈的硅襯底置于WO2納米線反應(yīng)鎢源的下端，將純度為99. 9%以上的高純Se置于鎢源的上端，力口熱爐進(jìn)行多次預(yù)抽真空，同時通入高純氬氣進(jìn)行清洗管道，直至將加熱爐內(nèi)空氣完全排除干凈并保持真空狀態(tài)；C、向處于真空狀態(tài)的加熱爐內(nèi)通入一定量的高純氬氣，使?fàn)t子的壓力保持在200-700Pa,同時將系統(tǒng)作為一個整體進(jìn)行升溫，使系統(tǒng)在600-900°C反應(yīng)3_7小時，整個反應(yīng)過程中一直用機(jī)械泵對爐子進(jìn)行抽氣。D、反應(yīng)完畢，將系統(tǒng)冷卻到100_15(TC時，停止通高純氬氣，并停止對爐子進(jìn)行抽氣，同時將爐子兩端密封。E、系統(tǒng)冷卻到室溫后，取出樣品，對樣品進(jìn)行結(jié)構(gòu)、形貌等系列表征。 本發(fā)明的目的是通過水熱方法制備出了高質(zhì)量的WO2納米線，然后以WO2納米線為反應(yīng)的鎢源，并以純度為99. 9 %以上的高純Se為Se源，在600-900 °C制備出高取向性的WSe2納米線。即將Na2WO4 · 2H20和CH3CSNH2在堿性條件下水熱反應(yīng)，獲得WO2納米線，并以WO2納米線作為鎢源，硒化得到高質(zhì)量的WS2納米線。在反應(yīng)過程中，直接制備WO2納米線，使得W在WO2和WS2中具有相同的價態(tài)，在接下來的硒化階段不必進(jìn)行進(jìn)一步的氧化-還原反應(yīng)，避免了因氧化還原反應(yīng)不完全導(dǎo)致的WSe2產(chǎn)物中其它價態(tài)的鎢的化合物的存在，利于獲得純的WSe2納米線。而且反應(yīng)中采用純度為99. 9%以上的高純Se代替廣泛使用的H2等易爆氣體，大大簡化了反應(yīng)設(shè)備、減少了污染。此方法不僅具有簡單易行、能獲得高取向性WSe2優(yōu)點(diǎn)，而且與同類方法相比燒結(jié)溫度低，副產(chǎn)物對環(huán)境無污染小，是一種既經(jīng)濟(jì)實(shí)惠又環(huán)保的制備方法。本發(fā)明是一種簡單環(huán)保的方法，反應(yīng)過程中采用WO2納米線作為鎢源，采用純度為99. 9%以上的高純Se硒化，既縮短了反應(yīng)時間、又避免了 H2S、H2等危險性大的氣體的使用，大大降低了反應(yīng)成本、簡化了反應(yīng)設(shè)備。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合實(shí)例進(jìn)行詳述實(shí)施例I.以Na2WO4 Ch2CKCH3CSNH2為反應(yīng)溶質(zhì)，以CTAB為絡(luò)合劑，純度為18兆歐以上的去離子水做反應(yīng)溶劑，制備WO2納米線，在此基礎(chǔ)上通過純度為99. 9%以上的高純Se硒化制備WSe2納米線。首先將Na2WO4 Ch2CKCH3CSNH2和CTAB分別溶于純度為18兆歐以上的去離子水中，攪拌使其充分溶解，將溶液混合并繼續(xù)攪拌，使其充分混合形成混合溶液，使Na2WO4 · 2H20、CH3C SNH2和CTAB在混合溶液中的濃度分別為O. 003,0. 009和O. 009mol/lo然后向溶液中滴加NH3 · H2O調(diào)節(jié)PH值至10，并繼續(xù)攪拌I小時。將攪拌后的溶液移入到50毫升反應(yīng)釜中，并將反應(yīng)釜密封后放入烘箱中，將烘箱加熱至170°C，在該溫度下保溫72小時。當(dāng)烘箱降溫至室溫后將反應(yīng)釜取出，用純度為18兆歐以上的去離子水和無水乙醇分別對產(chǎn)物進(jìn)行離心洗滌3次，將洗滌后的產(chǎn)物在80°C的真空中干燥，得到灰黑色粉末狀產(chǎn)物。然后將干燥后產(chǎn)物作為反應(yīng)的W源置于管式爐中，將一清洗干凈的硅襯底置于W源的下端，將采用純度為99. 9%以上的高純Se置于W源的上端，用機(jī)械泵對爐子進(jìn)行多次預(yù)抽真空，同時通入高純氬氣進(jìn)行清洗管道，直至將爐內(nèi)空氣完全排除干凈并保持真空狀態(tài)。向處于真空狀態(tài)的爐子內(nèi)通入一定量的高純氬氣，使?fàn)t子的壓力保持在400Pa，同時將系統(tǒng)作為一個整體進(jìn)行升溫，使系統(tǒng)在830°C反應(yīng)4小時，整個反應(yīng)過程中一直用機(jī)械泵對爐子進(jìn)行抽氣。反應(yīng)完畢，將系統(tǒng)冷卻到120°C時，停止通高純氬氣，并停止對爐子進(jìn)行抽氣，同時將爐子兩端密封。系統(tǒng)冷卻到室溫后，取出樣 品，在硅襯底上形成了一層灰黑色薄膜狀產(chǎn)物，對產(chǎn)物進(jìn)行結(jié)構(gòu)、形貌等系列表征。包括X射線衍射(XRD) Θ-2Θ掃描、場發(fā)射掃描電子顯微鏡(FESEM)觀察、選區(qū)電子衍射(SAED)。其中XRD結(jié)構(gòu)分析表明灰黑色的粉末狀產(chǎn)物為WO2晶體，硅襯底上得到的產(chǎn)物為具有強(qiáng)的(002)衍射峰的六角WS2結(jié)構(gòu)的晶體，在WSe2晶體中沒有觀察到其它的衍射峰，表明樣品有高的取向性和晶體質(zhì)量。FE SEM觀察發(fā)現(xiàn)粉末狀樣品為TO2納米線，而硅襯底上樣品是由WSe2納米線組成的膜，線長6-9um，直徑為120_150nm，大的長徑比說明樣品具有大的比表面積。SAED測試結(jié)果表明產(chǎn)物中只有W和Se兩種元素，這進(jìn)一步說明我們通過此方法獲得了純的WSe2納米線。實(shí)施例2.以Na2WO4 Ch2CKCH3CSNH2為反應(yīng)溶質(zhì)，以CTAB為絡(luò)合劑，純度為18兆歐以上的去離子水做反應(yīng)溶劑，制備WO2納米線，在此基礎(chǔ)上通過純度為99. 9%以上的高純Se硒化制備WSe2納米線。首先將Na2WO4 ·2Η20、α^5ΝΗ2和CTAB分別溶于純度為18兆歐以上的去離子水中，攪拌使其充分溶解，將溶液混合并繼續(xù)攪拌，使其充分混合形成混合溶液，使Na2WO4 · 2H20、CH3CSNH2和CTAB在混合溶液中的濃度分別為O. 004,0. 010和O. 010mol/lo然后向溶液中滴加NH3 · H2O調(diào)節(jié)PH值至11，并繼續(xù)攪拌I小時。將攪拌后的溶液移入到50毫升反應(yīng)釜中，并將反應(yīng)釜密封后放入烘箱中，將烘箱加熱至200°C，在該溫度下保溫72小時。當(dāng)烘箱降溫至室溫后將反應(yīng)釜取出，用純度為18兆歐以上的去離子水和無水乙醇分別對產(chǎn)物進(jìn)行離心洗滌3次，將洗滌后的產(chǎn)物在80°C的真空中干燥，得到灰黑色粉末狀產(chǎn)物。然后將干燥后產(chǎn)物作為反應(yīng)的W源置于管式爐中，將一清洗干凈的硅襯底置于W源的下端，將CH5N3S置于W源的上端，用機(jī)械泵對爐子進(jìn)行多次預(yù)抽真空，同時通入高純氬氣進(jìn)行清洗管道，直至將爐內(nèi)空氣完全排除干凈并保持真空狀態(tài)。向處于真空狀態(tài)的爐子內(nèi)通入一定量的高純氬氣，使?fàn)t子的壓力保持在300Pa，同時將系統(tǒng)作為一個整體進(jìn)行升溫，使系統(tǒng)在750°C反應(yīng)6小時，整個反應(yīng)過程中一直用機(jī)械泵對爐子進(jìn)行抽氣。反應(yīng)完畢，將系統(tǒng)冷卻到110°C時，停止通高純氬氣，并停止對爐子進(jìn)行抽氣，同時將爐子兩端密封。系統(tǒng)冷卻到室溫后，取出樣品，在硅襯底上形成了一層灰黑色薄膜狀產(chǎn)物，對產(chǎn)物進(jìn)行結(jié)構(gòu)、形貌等系列表征。包括X射線衍射(XRD) Θ-2Θ掃描、場發(fā)射掃描電子顯微鏡(FE SEM)觀察、選區(qū)電子衍射(SAED)。其中XRD結(jié)構(gòu)分析表明灰黑色的粉末狀產(chǎn)物為WO2晶體，硅襯底上得到的產(chǎn)物為具有強(qiáng)的(002)衍射峰的六角WSe2結(jié)構(gòu)的晶體，在WSe2晶體中沒有觀察到其它的衍射峰，表明樣品有高的取向性和晶體質(zhì)量。FESEM觀察發(fā)現(xiàn)粉末狀樣品為WO2納米線，而硅襯底上樣品是由WSe2納米線組成的膜，線長5-9um，直徑為100_130nm，大的長徑比說明樣品具有大的比表面積。SAED測試結(jié)果表明產(chǎn)物中只有W和Se兩種元素，這進(jìn)一步說明我們通過此方法獲得了純的WSe2納米線。實(shí)施例3.以Na2WO4 Ch2CKCH3CSNH2為反應(yīng)溶質(zhì)，以CTAB為絡(luò)合劑，純度為18兆歐以上的去離子水做反應(yīng)溶劑，制備WO2納米線，在此基礎(chǔ)上通過純度為99. 9%以上的高純Se硒化制備WSe2納米線。
首先將Na2WO4 Ch2CKCH3CSNH2和CTAB分別溶于純度為18兆歐以上的去離子水中，攪拌使其充分溶解，將溶液混合并繼續(xù)攪拌，使其充分混合形成混合溶液，使Na2WO4 · 2H20、CH3CSNH2和CTAB在混合溶液中的濃度分別為O. 003,0. 011和O. Ollmol/Ι。然后向溶液中滴加NH3 · H2O調(diào)節(jié)PH值至9，并繼續(xù)攪拌I小時。將攪拌后的溶液移入到50毫升反應(yīng)釜中，并將反應(yīng)釜密封后放入烘箱中，將烘箱加熱至180°C，在該溫度下保溫80小時。當(dāng)烘箱降溫至室溫后將反應(yīng)釜取出，用純度為18兆歐以上的去離子水和無水乙醇分別對產(chǎn)物進(jìn)行離心洗滌3次，將洗滌后的產(chǎn)物在80°C的真空中干燥，得到灰黑色粉末狀產(chǎn)物。然后將干燥后產(chǎn)物作為反應(yīng)的W源置于管式爐中，將一清洗干凈的硅襯底置于W源的下端，將純度為99. 9%以上的高純Se置于W源的上端，用機(jī)械泵對爐子進(jìn)行多次預(yù)抽真空，同時通入高純氬氣進(jìn)行清洗管道，直至將爐內(nèi)空氣完全排除干凈并保持真空狀態(tài)。向處于真空狀態(tài)的爐子內(nèi)通入一定量的高純氬氣，使?fàn)t子的壓力保持在500Pa，同時將系統(tǒng)作為一個整體進(jìn)行升溫，使系統(tǒng)在700°C反應(yīng)6小時，整個反應(yīng)過程中一直用機(jī)械泵對爐子進(jìn)行抽氣。反應(yīng)完畢，將系統(tǒng)冷卻到130°C時，停止通高純氬氣，并停止對爐子進(jìn)行抽氣，同時將爐子兩端密 封。系統(tǒng)冷卻到室溫后，取出樣品，在硅襯底上形成了一層灰黑色薄膜狀產(chǎn)物，對產(chǎn)物進(jìn)行結(jié)構(gòu)、形貌等系列表征。包括X射線衍射(XRD) Θ -2 Θ掃描、場發(fā)射掃描電子顯微鏡(FESEM)觀察、選區(qū)電子衍射(SAED)。其中XRD結(jié)構(gòu)分析表明灰黑色的粉末狀產(chǎn)物為WO2晶體，硅襯底上得到的產(chǎn)物為具有強(qiáng)的(002)衍射峰的六角WSe2結(jié)構(gòu)的晶體，在WS2晶體中沒有觀察到其它的衍射峰，表明樣品有高的取向性和晶體質(zhì)量。FESEM觀察發(fā)現(xiàn)粉末狀樣品為WO2納米線，而娃襯底上樣品是由WSe2納米線組成的膜,線長5-8um,直徑為110_140nm,大的長徑比說明樣品具有大的比表面積。SAED測試結(jié)果表明產(chǎn)物中只有W和Se兩種元素，這進(jìn)一步說明我們通過此方法獲得了純的WSe2納米線。
權(quán)利要求
1.一種高取向性二硒化鎢納米線的制備方法，其特征在于采用兩步反應(yīng)法，首先以Na2WO4 2H20和CH3CSNH2為反應(yīng)溶質(zhì)，以CTAB為絡(luò)合劑，純度為18兆歐以上的去離子水做反應(yīng)溶劑，采用水熱方法制備出WO2納米線通過水熱方法制備出了 WO2納米線，然后再將這種納米線用純度為99. 9%以上的高純硒硒化，獲得了高取向性的二硒化鎢納米線。
2.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的高取向性二硒化鎢納米線的制備方法，其特征在于 A、采用水熱方法，以Na2WO4 2H20、CH3CSNH2為反應(yīng)溶質(zhì)，以CTAB為絡(luò)合劑，純度為18兆歐以上的去離子水做反應(yīng)溶劑，將反應(yīng)溶質(zhì)和絡(luò)合劑分別溶解后混合，并以NH3 *H20調(diào)節(jié)混合溶液的PH值至8-12，使混合溶液在160-220°C的反應(yīng)釜中反應(yīng)64-90小時，反應(yīng)完畢后用用純度為18兆歐以上的去離子水和無水乙醇分別對產(chǎn)物進(jìn)行離心洗滌多次，將洗滌后的產(chǎn)物在80°C的真空中干燥，得到灰黑色WO2納米線產(chǎn)物； B、將反應(yīng)所得到的WO2納米線作為反應(yīng)的鎢源置于加熱爐中，將一清洗干凈的硅襯底置于WO2納米線反應(yīng)鎢源的下端，將純度為99. 9%以上的高純Se置于鎢源的上端，加熱爐進(jìn)行多次預(yù)抽真空，同時通入高純氬氣進(jìn)行清洗管道，直至將加熱爐內(nèi)空氣完全排除干凈并保持真空狀態(tài)； C、向處于真空狀態(tài)的加熱爐內(nèi)通入一定量的高純氬氣，使?fàn)t子的壓力保持在200-700Pa,同時將系統(tǒng)作為一個整體進(jìn)行升溫，使系統(tǒng)在 600-900°C反應(yīng)3-7小時，整個反應(yīng)過程中一直用機(jī)械泵對爐子進(jìn)行抽氣； D、反應(yīng)完畢，將系統(tǒng)冷卻到100-15(TC時，停止通高純氬氣，并停止對爐子進(jìn)行抽氣，同時將爐子兩端密封； E、系統(tǒng)冷卻到室溫后，取出樣品，對樣品進(jìn)行結(jié)構(gòu)、形貌等系列表征。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種二硒化鎢納米線的制備方法，特別是高取向性二硒化鎢(WSe2)納米線的制備方法，具體是采用兩步反應(yīng)法，首先以Na2WO4·2H2O和CH3CSNH2為反應(yīng)溶質(zhì)，以CTAB為絡(luò)合劑，純度為18兆歐以上的去離子水做反應(yīng)溶劑，采用水熱方法制備出WO2納米線通過水熱方法制備出了WO2納米線，然后再將這種納米線用純度為99.9％以上的高純硒硒化，獲得了高取向性的二硒化鎢納米線。本發(fā)明是一種簡單環(huán)保的方法，反應(yīng)過程中采用WO2納米線作為鎢源，采用純度為99.9％以上的高純Se硒化，既縮短了反應(yīng)時間、又避免了H2S、H2等危險性大的氣體的使用，大大降低了反應(yīng)成本、簡化了反應(yīng)設(shè)備。
文檔編號C01B19/04GK102849692SQ20121037454
公開日2013年1月2日 申請日期2012年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月29日
發(fā)明者李京波, 孟秀清, 李慶躍, 李凱, 汪林望, 池旭明 申請人:浙江東晶光電科技有限公司