二硫化钼气相沉积
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第37卷第12期应用化工V01.37No.122008年12月
Apphed
ChemicalIndustry
Dec.2008
化学气相沉积法制备富勒烯结构
二硫化钼纳米粒子
王跃峰1,赵鹏1,曾一2,杨龙3,姚彩珍1,赵亚丽1
(1.长安大学材料科学与-1-程学院。陕西西安710054;2.西安交通大学电子材料-q器件研究所,陕西西安710049;
3.西安建筑科技大学材料科学与工程学院,陕西西安710055)
摘要:以MoO,和s粉为原料,高纯氩气为载气和反应气氛,在石英管反应器中,用化学气相沉积法制备富勒烯结
构MoS2纳米粒子,用XRD对产品的成分进行测量,SEM观察产品的整体微观形貌。结果表明,在900℃下,通氩
气1伽3/min,保温8h,制备了平均粒径在250nm左右的高纯富勒烯结构MoS:纳米粒子。
关键词:富勒烯;二硫化钼;纳米粒子;摩擦中图分类号:TB
302.2
文献标识码:A文章编号:1671—3206(2008)12—1413-03
Preparationoffullerene-likestructure
Mos2nanoparticlesbyCVD
WANG
Yue-fen91,ZHAOPen91,ZENGYi2,YANGLon93,YAOCai-zhenl,ZHAOYa.1i1
(1.Institute
ofMaterialsScienceand
Engineering,Chang’锄University,Xi’锄710054,China;2.Electronic
MaterialsResearch
Laboratory,Xi’舳JiaotongUniversity,Xi’蚰710049,China;3.InstituteofMaterials
ScienceandEngineering,Xi’anUniversityofArchitectureandTechnology,Xi’all710055,China)
Abstract:UsingthepowderofM003andS
as
raw
materials,hi.ghpureArgas
as
transportation
carrierandreactionatmosphere,preparefullerene—likestructurenanopartielesofMoS2byCVDin
reactor
ofquartz
tubeinexperiment.Theelementsofproductswel'echaracterizedusingXRD;andunitarymicrocosmicmorphologyofproductswereinvestigatedusingSEM.Theresultsshowsthatkeepingfor8hatthetemper-
ature
of900℃,andinjectingArgas1em3/min,highpurefullerene—likestructurenanoparticlesofMoS2whoseaverageparticlesize
are
about250nmhadbeensynthesized.
Keywords:fullerene;MoS2;nanoparticles;friction
C印中20个正六边形和12个正五边形构成圆所以受力时也很容易出现层间的相对滑移。基于以球形结构,共60个顶点,分别由60个碳原子所占
上的认识,Tenne小组把两者之问的相似性推广到有,属于碳的第3种同素异构体,命名为富勒烯H】。
了形成笼状或纳米管状物方面。1992年该研究小
1991年,NEC公司Ijim发现碳纳米管,随后找到大
组把WO,薄膜在硫化氢气氛中1000℃加热硫化,量的制备碳纳米管的方法阻引。碳纳米管具有独特得到的WS:为封闭的层状嵌套的多面体,其结构和的机械、电化学和化学性能,成为富勒烯领域一个主
富勒烯类似HJ,他们又发现MoS:也存在同样结构
要的研究热点。
的化合物口刮。随后。各种层状无机化合BN、AI:0"受C∞和碳纳米管的启发,长期从事硒化钨和硫
化钨薄膜在太阳能电池中应用研究的以色列魏兹曼
CdCl2、MoTe2、Ti02的富勒烯结构纳米粒子和纳米科学院科学家ReshefTenne领导的研究小组意识到管相继被发现。卜11J。钼的富勒烯结构MoS:纳米粒石墨和硫化钨在结构上是如此的相似,层状结构的子用作苛刻条件下的固体润滑剂和润滑油、润滑脂
石墨可以看成是由一个个的六边形拼合而成的层组
的添加剂,固体可充电锂电池阴极时的优异性能而成,层间以分子间作用力相结合,因此层问很容易滑
倍受科学家关注。为了研究富勒烯结构MoS:纳米
移,而硫化钼、硫化钨等也属于层状结构,层由
粒子新的性能和潜在应用,世界上很多研究小组致卜Mo或S—w组成,层间作用力也是分子问引力,
力于并合成了富勒烯结构MoS:纳米粒子。
收稿日期:2008.10-09
修改稿日期:2008-10-27
基金项目:国家自然科学基金资助项目(50472028);陕西省自然科学基金资助项目(2005E122)
作者简介:王跃峰(1982一),男,山西运城人,长安大学在读硕士研究生,师从赵鹏教授,从事纳米材料及复合材料方面的
研究。电话:15091530649,E—mail:wangyuefen92003@163.corn
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应用化工第37卷
1
实验部分
1.2实验方法
称量S
40
1.1试剂与仪器
三氧化钼、升华硫均为分析纯;氩气(I_-99.7%),高纯。
TD2002电子秤;CN61M/KER.1006超声波清洗仪;自制管式电阻炉;PHI-5400型X—Ray衍射仪;日立S-3400N扫描式电子显微镜。
g和M003159粉末,分别放在a,b炉
(见图1)的中部,分别将a、b、c炉的炉温设定在
250,840,900
oC,升温过程中通小流量的氩气作为
保护气体。当三个炉的温度升到设定的温度时,通氩气lcm3/rain作为保护和载流气体,在设定的温度下保温8h,在氩气气氛中将系统冷却至室温,得纯度为99%灰黑色MoS:粉末。
图I
Fig.1
合成IF—MoS2纳米粒子实际装置
ActualequipmentdiagramofsynthesizingIF-MoS2nanoparticles
2结果与讨论
2.1
XRD表征
图2显示了合成产物的XDR表征。
越鼎
2
O/【。)
图2富勒烯结构MoS2的XRD表征图
Fig.2
XRD
pattemoffullemne-like
structure
MoS2
图3富勒烯结构M。S2的sEM微观形貌表征图
Fig.3
SEM
MoS2,晶格g-数口=3.160,c=12.29A(JCPDS卡NO:77-1716),且结晶比较好;含量非常高,可以达
由图2可知,主峰(002)显示的是交方晶系的
microc∞mic
patt二affulhrene.1ike
stnl咖re
MOS2
2.3反应器的设计分析
M00,和S在常温下是固体物质,实现高温下的化学气相合成反应,需要在反应前对它们进行蒸发
到我们对合成产物纯度的要求;图中V表示MoO:的衍射峰,含量非常少,在l%左右。
2 2
SEM表征
图3是富勒烯MoS2微观形貌的SEM照片。由
气化处理,而它们的蒸发气化温度不同,特别是硫的
挥发温度低于它们发生合成反应的温度,因此需要将蒸发区域和反应区域分开。我们在实验中选用了
图3可知,图3a可以清楚的看到含有大量的椭球形MoS:颗粒,平均粒径在250nm左右;图3b可看到一堆球状MoS:颗粒中间夹杂一根管状的MoS:,根据卷曲机理可知球状MoS:颗粒和管状MoS:形成
3个电阻加热炉,将称好的MoO。和S粉分别放在
2个钼舟中,盛放S粉的钼舟应放在a炉的中部,盛放MoO,粉的钼舟放在b炉的中部。根据S和MoO,的挥发温度分别设置a炉和b炉的温度,c炉
条件很接近,只有在很窄的反应条件才可以得到单一的球状或管状MoS:。
为反应室中S和MoO,蒸气发生反应生成IF—MoS:
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第12期王跃峰等:化学气相沉积法制备富勒烯结构二硫化钼纳米粒子
提供能量。
图4为制备富勒烯结构MoS:纳米粒子的反应原理图。
图4合成IF—MoS:纳米粒子原理图
Fig.4
TheorydiagramofsynthesizingIF-MoS2nanoparticles
2.4富勒烯结构MoS:纳米粒子的形成机理
以色列科学家RTerme等人用H:和H:S气体
与三氧化钼合成了富勒烯结构MoS:纳米粒子和纳米管,并对形成机理进行了研究¨2’16’:首先MoO,纳米粒子被氢气弱还原成M003一。,然后MoO,一。与H:S
气体作用生成富勒烯结构MoS:纳米粒子。李亚栋等¨"由S与MoO;纳米带合成无机富勒烯MoS:,这
是一个还原与硫代同步进行的过程,可能的反应方
程式如下:
M003+x/2
S_M003一。+x/2S02
(1)M003一。+(7一x)/2S_MoS2+(3一x)/2S02(2)
M003+I/2S_+M002+I/2S02
(3)
当反应时间过短,硫带过程不充分就生成了中间产物MoO:,如反应式(3)中的X=l时,反应产物
为MoO:;当反应时间充分时,S和MoO,充分作用生
成MoS:,见反应式(2)。
我们用S和MoO,作原料,通过化学气相沉积合成富勒烯结构MoS:纳米粒子,我们的实验机理也是一个还原与硫带同步进行的过程,其反应过程
可以用上述(1)、(2)、(3)式描述。2.5存在问题
实验中还存在以下不足之处:①反应温度、保温时间和气流速度对富勒烯结构MoS:纳米粒子的合成有着至关重要的影响,我们对单方面的影响研究
不够充分;②由于还原与硫带反应是一个比较复杂的过程,我们通过多次实验基本上可以制得含量较高的富勒烯结构MoS:纳米粒子,但会有少量MoS:
纳米管的存在,我们还没有完全掌握制得单一MoS:纳米粒子的条件;③制得的MoS:纳米粒子直径在
250
nm左右,这样的颗粒比较大,应进一步改进反
应装置、完善反应条件,以减小MoS:纳米粒子直径;④用S和MoO,作为原料制备富勒烯结构MoS:纳米粒子,产生的尾气sO:是一种有毒的气体,对这
些废气的妥善处理也是今后要考虑的问题。
3
结论
本实验用MoO,和S粉为原料,在900℃通氩
气1cm3/min作为保护和载流气体,保温8h,制备了粒径在250nnl左右的高纯富勒烯结构MoS:纳米粒子。用XRD和SEM分析了样品的微观形貌和结构。这种方法提供了一种低成本、大规模合成富勒烯结构MoS:纳米粒子的方法,并有可能成为一种合成过渡金属硫化物的普遍方法。参考文献:
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(下转第1418页)
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应用化工
第37卷
表3方差分析
果的前提下,综合考虑诸方面因素,故选用甲醇一
Table3
Tableofvarianceanalysis
O.08
moL/L醋酸铵缓冲液(30:70pH=6.0)为流动
相,石杉碱甲的保留时间为7.815
rain。
(3)本实验在酸浸泡超声提取并用普通滤纸过滤后,对澄清滤液考察了直接经0.45Is,m微孔滤膜
过滤后进行HPLC测定和采用氯仿萃取浓缩并用甲
醇定容经O.45灿m微孔滤膜过滤后进行HPLC测定两种方法。实验结果表明,后者的提取率虽略低些,
由表2可知,以石杉碱甲含量为衡量指标时,影但杂质含量明显减少,HPLC分离效果大大提高,综响的大小顺序为A>B>C,说明固液倍数是重要影合考虑上述因素,为使生产实际中便于得到高纯度
响因素,酒石酸浓度次之,而超声时间的影响再次的石杉碱甲,选择第二种方法进行实验。
之。由方差分析的结果可知,A、B两因素对石杉碱(4)协助超声波萃取特点是常压萃取,安全性甲含量的影响均有显著性。结合极差分析,并按生
好,操作简单易行,仪器维护保养方便,而且萃取时
产实际中降低消耗,提高效率的原则,确定石杉碱甲
间短,杂质少,为工业生产提供了较可靠的提取方较优的提取工艺条件为A:B,C,,即固液倍数为20,法。酒石酸浓度为2.O%,超声时间10rain。
参考文献:
按较优的提取工艺条件对样品进行分析,测得[1]鲁润龙,周忠泽,鲍时来,等.药用植物蛇足石杉的生
三明建宁闽江源自然保护区和将乐龙栖山自然保护物学特征[J].中国科技大学学报,1999,29(1):118—
区的长柄石杉中石杉碱甲含量分别为:0.0263%,
121.
5%。
[2】余季红,孙远明,杨跃生.蛇足石杉生物碱的研究[J】.
结论
时珍国医国药,2002,13(3):117 123.[3]
唐希灿.石杉碱甲(双益平)一种有望治疗早期痴呆症
(1)本实验采用酸浸泡,在酸化过程中将酸水
的药物[J].中国药理学报,1996,179(6):471似.
液搅拌并静置过夜,有利于提高生物碱的溶解度。[4]王小理,黎万奎,胡之璧,等.长柄石杉芽胞及芽胞植
在进行提取工艺条件考察时,采用了酸浸泡24,
株形态研究[J].云南植物研究,2007,29(5):521-526.h,结果表明,二者在提取结果上无显著性差异,
[5]沈生荣,于海宁,金超芳,等.石杉碱甲提取工艺研究
考虑到生产效率,故实验选择了酸浸泡24h。
[J].浙江大学学报,2002,28(6):591-595.
(2)实验了甲醇.醋酸铵缓冲液体系不同配比及[6]袁珊琴,赵毅民.蛇足石杉中一个新的Pldegmariurine
醋酸铵缓冲液的浓度和酸度对出峰时间和分离效果型生物碱[J].药学学报,2003,38(8):596-598.的影响,发现增加醋酸铵缓冲液的比例,虽可提高峰[7]
郭孝武.一种提取中草药化学成分的方法一超声提
的分离效果,但分析时间长。在保证良好的分离效
取法[J].天然产物研究与开发,1999,11(3):37-40.
(上接第1415页)[14]Feldman
Y,LyakhovitskayaV,TermeR.Kineticsof
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(16]Margolin
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V,et
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[17]LIYadong,LI
Xiaolin.Formationof
M喝inorganic
full
gasphase
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growthmechanismofMoS2
ererle
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Eur
J,2003,9:2726-2731.
ofMolecular
Nanostructures。2002。633:207-209.
2.4样品分析
0.0443
48
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