二硫化钨的制备及应用

背景及概述^[1][2]

二硫化钨为棕色或黑色结晶粉末，其主要用作润滑剂，其摩擦系数低，抗压强度较大，在1316℃时仍具润滑性。与聚四氟乙烯和尼龙等配制的填充材料，可用于自制润滑部件。将钨酸与氨水反应生成钨酸铵，再与硫化氢反应生成四硫代钨酸铵，经高温焙烧即分解为本品。

制备^[2-3]

一、二维二硫化钨是一种类石墨烯的新型二维材料，在电学器件、能源、生物和复合材料等方面有极大的应用潜力。制备二维二硫化钨方法包括机械剥离、电化学锂离子插层法、液相剥离法。水热法以及化学气相沉积法等，其中化学气相沉积法在制备二维二硫化钨时有着尺寸、层数可控，材料结晶质量高等方面的优势。目前CVD法制备二硫化钨的研究较少，已有的报道中制备的二维二硫化钨尺寸只有几十到一百微米，无法达到可控生长的目的。 CN201611013938.2提供一种可控制备大面积二维二硫化钨的方法，能够可控制备出大面积的二维二硫化钨。

步骤1，清洗衬底。

(1)按尺寸挑选硅片，处理后硅片表面覆盖了一层二氧化硅，二氧化硅表面抛光， 二氧化硅的厚度可以是100-300nm，形成二氧化硅/硅衬底。该衬底放置于加入洗洁剂的去 离子水中，超声30-60min；

(2)将衬底用去离子水冲洗干净并在去离子水中超声10-30min；

(3)将衬底放入无水乙醇溶液中超生10-20min后取出用去离子水冲洗干净并在去 离子水中超声10-20min；

(4)将衬底放入丙酮溶液中超声15-25min后取出用去离子水冲洗干净并在去离子 水中超声10-20min，最后放置于无水乙醇中备用。

步骤2，将一定重量的S放置于石英舟中并将其置于距管式炉进气口25cm处；将一定重量的WO3放置于另外一个石英舟中，将二氧化硅/硅衬底斜搭在石英舟上，将其置于加热区中心。管式炉预先通氮气25-60分钟，氮气流量为60-200sccm，将管中空气排净。

步骤3，将氮气流量调整为50-200sccm，以15-30℃/min的加热速度将管式炉升温 至800-950℃，保温15-45min。

步骤4，待管式炉自然降温到室温时，降至室温时取出样品，打开炉盖取出样品。

本发明的有益效果：

(1)二维二硫化钨的生长过程可控；(2)制备的二维二硫化钨面积大，三角形晶粒 的边长可达120μm左右，连续薄膜的横向尺寸可达毫米量级；(3)简化了衬底的清洗方式、过程，减少了清洗衬底的操作步骤；(4)采用常压化学气相沉积法，不需要抽真空过程，进一步减少了操作步骤，使得实验可以快捷方便地进行。

二、制备一种花状二硫化钨纳米颗粒

人们发现二硫化钨纳米材料的形貌对其电化学性能有很大的影响，当其片层结构变为单层或少层时，此时的材料具有更大的比表面积、高的反应活性、高的电子或离子传导率，这样会有利于锂离子的嵌入和脱嵌，并且在此时，锂离子的嵌入和脱嵌对其尺寸影响较小，从而使得材料具有更高的电化学性能。当超薄的二硫化钨纳米片组装成花状结构时，更加有利于增大其比表面积，从而会大大提高材料的电化学性能 但目前花状结构的二硫化钨纳米材料主要是通过水热法制备，水热法制备产量较低，不利于批量生产。

CN201410695175.9提供一种工艺简单、成本低的制备花状二硫化钨纳米颗粒的制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种花状二硫化钨纳米颗粒的制备方法，包括如下步骤：将硫粉、硫脲和WO₃粉按比例混合，对混合粉体研磨，使粉体混合均匀，然后将研磨后粉体压制成圆片，并将圆片放入坩埚，再将坩埚推入管式炉中央位置，将 管式炉以10～12℃/min的速度升温到800～850℃，同时向管式炉中通入保护气体，在800～850℃保温30～60min，随炉冷却到室温，得到花状二硫化钨纳米颗粒。本发明方法的成本价廉，生产工艺简单易控，制备的纳米花形貌比较均一，产物产出率高，适合大规模的工业生产。

应用 ^[4]

用于制备石墨烯/二硫化钨薄膜柔性超级电容器

CN201610859379.0提供一种具有较高的质量比容量和面积比容量、电化学性能优异、经济实用性好的石墨烯/二硫化钨薄膜柔性超级电容器及其制备方法与应用。该方法具体包括以下步骤：

(1)将二硫化钨加入到有机溶剂中，搅拌混合均匀，配制成质量浓度为0.1-10mg/ mL的混合溶液，后经超声分散，形成均匀的分散液；

(2)将步骤(1)制得的分散液经离心分离后，去除底部沉淀，得到二硫化钨/有机溶 剂上清液；

(3)配制质量浓度为0.1-100mg/mL的氧化石墨烯水溶液，与步骤(2)制得的二硫化 钨/有机溶剂上清液混合，超声分散均匀后，抽滤，得氧化石墨烯/二硫化钨复合膜；

(4)将步骤(3)制得的氧化石墨烯/二硫化钨复合膜加入到还原剂中，于60-90℃条件下，反应3-8h，依次用饱和碳酸氢钠溶液、去离子水洗涤，再用玻璃板夹固定后，真空干燥，即制得石墨烯/二硫化钨薄膜柔性超级电容器。

与现有技术相比，本发明将过渡金属硫化物(即二硫化钨)与石墨烯复合后，具有 电化学性能优异，柔韧性高，循环稳定性好等优点，具有较高的质量比容量和面积比容量，电化学性能优异，在弯曲不同角度后容量损失微小，可用来解决制备柔性超级电容器的技 术过程繁琐、综合性能差等技术问题。

主要参考资料

[1] 简明精细化工大辞典

[2] CN201611013938.2 一种二硫化钨的可控制备方法

[3] CN201410695175.9 一种花状二硫化钨纳米颗粒的制备方法

[4] CN201610859379.0 石墨烯/二硫化钨薄膜柔性超级电容器及其制备方法与应用