低共熔离子液体中电沉积制备MoS.pdf

《低共熔离子液体中电沉积制备MoS.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《低共熔离子液体中电沉积制备MoS.pdf（7页完成版）》请在专利查询网上搜索。

1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010038029.4 (22)申请日 2020.01.14 (71)申请人 山西大同大学 地址 037009 山西省大同市兴云街1号 (72)发明人 李作鹏杨肖萌秦君郭永 冯锋 (74)专利代理机构 太原晋科知识产权代理事务 所(特殊普通合伙) 14110 代理人 郑晋周 (51)Int.Cl. C25D 9/04(2006.01) C25B 1/00(2006.01) (54)发明名称 一种低共熔离子液体中电沉积制备MoS2薄 膜材料的方法 (57)摘要 一种低共熔离子。

2、液体中电沉积制备MoS2薄 膜材料的方法， 属于二硫化钼薄膜材料的制备技 术领域， 可解决现有MoS2纳米材料的合成存在成 膜温度高、 沉积速率低、 参加沉积的反应源和反 应后的余气易燃、 易爆或有毒、 需防止环境污染 等问题， 本发明以四硫代钼酸铵为钼源和硫源， 以低共熔离子液体为电解质， 在紫铜、 黄铜、 不锈 钢等基底上进行电沉积， 制备方法简单快速、 薄 膜便于控制， 为尤其在固体润滑材料、 光电池、 锂 电池和其他方面的广泛应用提供了可能。 权利要求书1页 说明书4页 附图1页 CN 111101180 A 2020.05.05 CN 111101180 A 1.一种低共熔离子液体中。

3、电沉积制备MoS2薄膜材料的方法， 其特征在于： 包括如下步 骤： 第一步， 电解液的配制： 按比例分别称量氯化胆碱与醇类或尿素， 在真空干燥箱中70 真空干燥3h后， 混合均匀， 再加入钼源和硫源， 混合均匀， 6080条件下加热0.51h， 形成 透明液体， 得到电解液； 第二步， 基底材料的处理： 将1mm厚的紫铜、 黄铜或不锈钢裁剪成1cm3cm的条形， 表面 处理后， 备用； 第三步， 取电解液于烧杯中， 搅拌加热至7075后， 停止搅拌， 将基底材料镀片夹在电 解装置的工作电极上， 插入电解液中11.5cm， 打开工作电压， 将电解电流控制在12mA/ cm2， 电解1015min。

4、， 关闭工作电源， 将基底材料镀片用镊子取下， 放入无水乙醇中浸泡5 10min后， 取出用蒸馏水冲洗干净即可。 2.根据权利要求1所述的一种低共熔离子液体中电沉积制备MoS2薄膜材料的方法， 其特 征在于： 第一步中所述醇类为碳原子小于等于四的多元醇。 3.根据权利要求1所述的一种低共熔离子液体中电沉积制备MoS2薄膜材料的方法， 其特 征在于： 第一步中所述醇类包括乙二醇、 丙二醇或丙三醇。 4.根据权利要求1所述的一种低共熔离子液体中电沉积制备MoS2薄膜材料的方法， 其特 征在于： 第一步中所述氯化胆碱的摩尔数占氯化胆碱与醇类或尿素的总摩尔数的百分比为 17%33%。 5.根据权利要求。

5、1所述的一种低共熔离子液体中电沉积制备MoS2薄膜材料的方法， 其特 征在于： 第一步中所述钼源和硫源包括浓度为0.005M的四硫代钼酸铵和0.5M的氯化铵。 6.根据权利要求1所述的一种低共熔离子液体中电沉积制备MoS2薄膜材料的方法， 其特 征在于： 第一步中所述钼源和硫源还可以包括浓度为5 mM的Na2MoO4和过量的Na2S， pH值用 盐酸调到8.0。 权利要求书 1/1 页 2 CN 111101180 A 2 一种低共熔离子液体中电沉积制备MoS2薄膜材料的方法 技术领域 0001 本发明属于二硫化钼薄膜材料的制备技术领域， 具体涉及一种低共熔离子液体中 电沉积制备MoS2薄膜材。

6、料的方法。 背景技术 0002 二硫化钼(MoS2)是具有一种抗磁性及半导体性质的硫属化合物材料， 属六方晶 系， 类似于石墨的层状结构， 其层内是很强的共价键， 而层间则是较强的范德华力， 层与层 很容易剥离， 具有良好的各向异性。 二硫化钼等过渡金属二硫化物由于独特的性质使其在 催化剂、 润滑剂、 高性能电池和光敏材料等方面具有广泛应用。 0003 纳米结构材料具有独特的围观结构和奇异的物理化学性质， 目前已成为材料领域 研究的热点之一。 纳米结构的MoS2在许多性能上得到进一步提升， 突出表现在以下几个方 面： 比表面积大、 吸附能力强、 反应活性高， 其催化性能尤其是催化加氢脱硫的性能。

7、更强， 可 以用来制备特殊催化材料和和储氢材料， 参见： Inorganic nanotubes and fullerene- like materials, R. Tenne, Nature Nanotech., 2006, 1, 103111; 纳米MoS2薄膜的 能 带差接近1 .78eV ， 与光的能 量 相匹配 ， 在光电 池材料上有应 用前景 ， 参见 ： Photoluminescence from chemically exfoliated MoS2， G. Eda, H. Ymaguchi, D. Voiry, et al, Nano. Lett., 2011, 11, 51。

8、115116; MoS2类石墨结构及层间弱的范德 华力有利于锂的嵌入和脱出， 不同形貌的MoS2如纳米管、 纳米球等曾被用于锂离子电池研 究， 参见： Exfoliated MoS2 nanocomposite as an anode materials for lithium ion batteries, J. Xiao, D. Choi, L. Cosimbescu, et al, Chem. Mater., 2010, 22, 45224524; 随着MoS2的粒径变小， 它在摩擦材料表面的附着性与覆盖程度都明显提高， 抗 磨、 减摩擦性能也得到成倍提高， 参见： Twodimensio。

9、nalnanosheets produced by liquid exfoliation of layered materials, J. N. Coleman, M. Lotya, A. O Neill, et al, Science, 2011, 331, 568571。 在空间技术、 超高真空或汽车转动等液体润滑剂无法使用 的环境下有着极大的科学重要性。 纳米薄膜、 纳米管、 纳米晶等结构纳米材料的制备是实现 这些材料优异性能的基础。 0004 迄今为止， 人们在MoS2纳米材料的合成上进行了大量的研究， 主要有高温固相反 应， 热分解法、 高温气固反应、 气相沉积法、 水热法等， 其中。

10、化学气相沉积法是制备MoS2薄膜 的主要手段， 但存在成膜温度高、 沉积速率低、 参加沉积的反应源和反应后的余气易燃、 易 爆或有毒、 需防止环境污染等缺点， 同时设备往往还要有耐腐蚀的要求。 鉴于MoS2薄膜在光 电池、 锂电池、 固体润滑剂和其他方面的潜在应用， MoS2薄膜材料日益受到人们的重视， 如 何快速、 可控制备、 成本低廉MoS2纳米薄膜成为制约其广泛应用的条件之一。 发明内容 0005 本发明针对现有MoS2纳米材料的合成存在成膜温度高、 沉积速率低、 参加沉积的 反应源和反应后的余气易燃、 易爆或有毒、 需防止环境污染等缺点， 提供一种低共熔离子液 说明书 1/4 页 3 。

11、CN 111101180 A 3 体中电沉积制备MoS2薄膜材料的方法。 0006 本发明采用如下技术方案： 一种低共熔离子液体中电沉积制备MoS2薄膜材料的方法， 以四硫代钼酸铵为钼源和硫 源， 以低共熔离子液体为电解质， 在紫铜、 黄铜、 不锈钢等基底上进行电沉积， 具体包括如下 步骤： 一种低共熔离子液体中电沉积制备MoS2薄膜材料的方法， 包括如下步骤： 第一步， 电解液的配制： 按比例分别称量氯化胆碱与醇类或尿素， 在真空干燥箱中70 真空干燥3h后， 混合均匀， 再加入钼源和硫源， 混合均匀， 6080条件下加热0.51h， 形成 透明液体， 得到电解液； 第二步， 基底材料的处理。

12、： 将1mm厚的紫铜、 黄铜或不锈钢裁剪成1cm3cm的条形， 表面 处理后， 备用； 第三步， 取电解液于烧杯中， 搅拌加热至7075后， 停止搅拌， 将基底材料镀片夹在电 解装置的工作电极上， 插入电解液中11.5cm， 打开工作电压， 将电解电流控制在12mA/ cm2， 电解1015min， 关闭工作电源， 将基底材料镀片用镊子取下， 放入无水乙醇中浸泡5 10min后， 取出用蒸馏水冲洗干净即可。 0007 第一步中所述醇类为碳原子小于等于四的多元醇。 0008 第一步中所述醇类包括乙二醇、 丙二醇或丙三醇。 0009 第一步中所述氯化胆碱的摩尔数占氯化胆碱与醇类或尿素的总摩尔数的百。

13、分比 为17%33%。 0010 第一步中所述钼源和硫源包括浓度为0.005M的四硫代钼酸铵和0.5M的氯化铵。 0011 第一步中所述钼源和硫源还可以为浓度为5 mM的Na2MoO4和过量的Na2S， pH值用盐 酸调到8.0。 0012 本发明的有益效果如下： 本发明的制备方法简单快速、 薄膜便于控制， 为尤其在固体润滑材料、 光电池、 锂电池 和其他方面的广泛应用提供了可能。 0013 1. 本发明的薄膜的厚度可以通过调节电沉积时间来进行调节， 时间越久， 电沉积 膜越厚。 0014 2. 只要是导电基体即可进行电沉积制备。 0015 3. 低共熔溶剂(DES)是一类由氢键供体和氢键受体。

14、通过氢键作用而形成的一类 独特的多组分溶剂体系， 具有熔点低、 无毒性、 溶解性能好、 导电性优良、 电化学窗口宽、 合 成简单等物理化学性能， 在生物催化、 有机合成、 溶解和萃取、 材料化学和电化学等领域得 到广泛的应用。 特别是在电沉积方面， 低共熔溶剂兼有水溶液和高温熔盐的优点， 不仅可电 沉积出水溶液中可电沉积的金属及合金， 还可电沉积出水溶液无法沉积的活泼金属， 且无 析氢等副反应， 显著提高电流效率并降低能耗， 为环保型电镀体系的选取和优化提供了新 的途径。 但是低共熔离子液体中硫化物的制备还未见报道过。 0016 4. 相对于其他电解质体系， 低共熔离子液体制备上很容易， 只需。

15、将氯化胆碱和醇 类物质或者尿素在一定温度下进行混合即可合成， 低共熔溶剂价格低廉且环境友好， 氯化 胆碱俗称甜菜碱， 是甜菜中的提取物。 低碳醇一般是低毒甚至无毒， 丙三醇俗称甘油， 多用 于化妆品中， 尿素也是低毒物质。 说明书 2/4 页 4 CN 111101180 A 4 0017 5. 本申请的低共熔离子液体主要包括氯化胆碱和低碳醇类物质或者按一定比例 混合形成的物质， 低碳醇主要包括乙二醇、 丙二醇、 丙三醇等碳原子小于等于四的多元醇。 0018 6. 低共熔离子液体黏度相对比较低， 一般在60以内就有很低的黏度， 电导率可 以达到50 mS/cm以上， 电化学窗口在34V， 远大。

16、于水溶液的电化学稳定区间， 非常适合作为 电解液进行电化学反应。 0019 7. 电沉积制备原理： 四硫代钼酸根离子可以在1.21.0V vs Ag/AgCl条件下实 现阴极电化学还原： 因此在制备过程中是需要水的参与的， 所以低共熔离子液体中前驱体的结晶水是不用 去除的， 但水的量又不能太大， 太大阴极上还原的是氢离子， 而不是四硫代钼酸根离子。 还 原的原理同下： Mo源和S源直接用四硫代钼酸铵， 或者用5 mM的Na2MoO4和过量的Na2S， pH值用盐酸调到 8.0， 形成深红色溶液也可以作为Mo源和S源。 附图说明 0020 图1为本发明不同基底材料制备的薄膜材料实物图； 图2为M。

17、oS2薄膜材料XRD图。 具体实施方式 0021 一种低共熔离子液体中电沉积制备MoS2薄膜材料的方法， 包括如下步骤： 第一步， 电解液的配制： 按比例分别称量氯化胆碱与醇类或尿素， 在真空干燥箱中70 真空干燥3h后， 混合均匀， 再加入钼源和硫源， 混合均匀， 6080条件下加热0.51h， 形成 透明液体， 得到电解液； 第二步， 基底材料的处理： 将1mm厚的紫铜、 黄铜或不锈钢裁剪成1cm3cm的条形， 表面 处理后， 备用； 第三步， 取电解液于烧杯中， 搅拌加热至7075后， 停止搅拌， 将基底材料镀片夹在电 解装置的工作电极上， 插入电解液中11.5cm， 打开工作电压， 将。

18、电解电流控制在12mA/ cm2， 电解1015min， 关闭工作电源， 将基底材料镀片用镊子取下， 放入无水乙醇中浸泡5 10min后， 取出用蒸馏水冲洗干净即可。 0022 第一步中所述氯化胆碱的摩尔数占氯化胆碱与醇类或尿素的总摩尔数的百分比 为17%33%。 0023 实施例1 将紫铜片剪成长3cm， 宽1cm的镀片， 蒸馏水冲湿其表面后， 用去污粉反复擦拭直到表面 呈现鲜红色或无细小污渍， 用干净的镊子捏起并用蒸馏水迅速冲洗23次， 放入稀盐酸中浸 泡1015min。 后将其用镊子取出， 先用蒸馏水冲洗23次， 再用干净的滤纸吸掉表面残留的 水分， 选择表面光滑洁净的一面为电镀面， 将。

19、另一面贴胶带， 务必排净贴胶带面残存的空 气。 取25ml已配制好的电解液于50ml的小烧杯中， 加热并搅拌。 检验电解装置可以正常运行 说明书 3/4 页 5 CN 111101180 A 5 后， 将镀片夹在工作电极上， 停止搅拌， 插入已加热至75的电解液中， 深约1cm， 打开工作 电源， 将电解电流控制在12mA/cm2， 注意电解过程中电流值波动， 电解10min， 关闭工作电 源， 将镀片用镊子取下， 迅速放入无水乙醇中浸泡约5min， 后取出用蒸馏水冲洗干净即可。 0024 实施例2 将不锈钢片剪成长3cm， 宽1cm的镀片， 撕去其表面的白色保护膜， 用镊子捏起， 并用无 水。

20、乙醇棉球擦拭表面未撕干净的胶痕， 后放入按1:1比例稀释后的硫酸中浸泡， 待擦拭面有 小气泡开始产生， 用镊子迅速取出， 将表面残存的硫酸用蒸馏水冲洗干净并用滤纸吸干， 之 后用无水乙醇棉球擦拭不锈钢镀片表面。 加热并搅拌电解液， 检验电解装置可以正常运行 后， 将处理好的镀片夹在工作电极下， 停止搅拌， 将镀片插入已加热至75的电解液中， 深 约1cm， 打开工作电源， 将电解电流控制在12mA/cm2， 注意电解过程中电流值的波动， 电解 10min， 关闭工作电源， 将镀片用镊子取下， 迅速放入无水乙醇中浸泡5min， 后取出用蒸馏水 冲洗干净即可。 0025 实施例3 将钛片剪成长3c。

21、m， 宽1cm的镀片， 选取较洁净平整的一面， 从一端折取长1cm的一部分 进行打磨， 使钛片表面由暗灰色变为银灰色， 后放入按1:1比例稀释的硫酸中浸泡， 待打磨 面有小气泡开始产生， 用镊子迅速取出， 将表面残存的硫酸用蒸馏水冲洗干净并用滤纸吸 干， 之后用无水乙醇棉球擦拭打磨面， 在其另一面贴胶带。 加热并搅拌电解液， 检验电解装 置可以正常运行后， 将处理好的镀片夹在工作电极下， 停止搅拌， 将镀片插入已加热至75 的电解液中， 深约1cm， 打开工作电源， 将电解电流控制在12mA/cm2， 注意电解过程中电流 值的波动， 电解10min， 关闭工作电源， 将镀片用镊子取下， 迅速放入无水乙醇中浸泡5min， 后取出用蒸馏水冲洗干净即可。 说明书 4/4 页 6 CN 111101180 A 6 图1 图2 说明书附图 1/1 页 7 CN 111101180 A 7 。