二硫化錫納米片的原位輻照-精宏干燥箱的使用！

自 2004 年，英 國曼徹斯特大學(xué)的 Geim 和 Novoselov 等通過機械剝離法成功制備出了穩(wěn)定 存在的單層石墨烯并獲得了其優(yōu)異的物理性能，二 維納米材料開始受到研究者們的廣泛關(guān)注。隨后， 過渡金屬硫化物、六方氮化硼、金屬氧化物、過渡金 屬碳化物、鍺烯和磷烯等層狀晶體的發(fā)現(xiàn)極大地豐 富了二維材料的研究對象及內(nèi)容。新型二維材 料因其 獨 特 的 理 化 性 質(zhì) 在 電 子 器 件、光 電 器 件、生化檢測器件和能源領(lǐng)域等具有廣闊 的應(yīng)用前景。

1 實驗部分

1. 1 水熱法制備

SnS2 水熱法制備純 SnS2 納米片。具體制備步驟 如下: ①稱量 0. 7015 g( 2 mmol) 五水－四氯化錫和 0. 6014 g( 8 mmol) 硫代乙酰胺置入 40 mL 去離子水 中，混合后攪拌 30 min，得到無色透明溶液; ②將得 到的無色透明溶液置入容量為 50 mL 反應(yīng)內(nèi)襯中。 之后密封反應(yīng)釜置于鼓風(fēng)干燥箱（上海精宏DHG-9247A恒溫干燥箱）中，在 160 ℃ 下反 應(yīng) 12 h; ③將反應(yīng)釜冷卻至室溫，并將得到的黃色懸 浮液分別用去離子水、無水乙醇離心洗滌各 3 次; ④ 將得到的黃色沉淀物放置于 60 ℃干燥箱中，恒溫干 燥 24 h，研磨后得到的黃色粉末即為所制備的 SnS2 納米片。 為了研究不同表面活性劑對材料形貌和分散 性的影響，本實驗分別選用了聚乙二醇、檸檬酸鈉、 聚乙烯吡咯烷酮( PVP) 作為表面活性劑。在混合 SnCl4 ·5H2O 和 TAA 時，加入 1 mmol 對應(yīng)的表面活 性劑以及 1 mL 濃鹽酸( HCl) 。HCl 的存在有利于 SnCl4 以及 TAA 水解生成 SnO2 以及 H2 S，促進反應(yīng) 能夠快速進行，并能夠使 H+ 吸附在納米片的邊緣位 置以降低邊緣處的表面能，使得邊緣位置聚集更多 Sn4+ 以及 S2－ ，形成具有完整六方相結(jié)構(gòu)的納米片。其余步驟與制備純 SnS2 樣品相同。

1. 2 樣品表征

①SnS2 納米片樣品的 X 射線衍射圖譜( XＲD) 由 SmartLab 智能 X 射線衍射儀測得。②利用透射 電子顯微鏡( Titan 80－300) 對所制得樣品的形貌與 組分進行分析，加速電壓為 300 kV。

1. 3 原位輻照實驗

將 SnS2 樣品粉末置于去離子水中，超聲 30 min 后滴在超薄碳膜上，在透射電鏡中對樣品進行表 征。通過會聚電子束，增大電子束流密度，觀察樣 品形貌結(jié)構(gòu)以及化學(xué)組分的變化。

1. 4 原位熱學(xué)實驗

本實驗采用的是 Fusion 350 原位熱電樣品桿， 將 SnS2 納米片超聲分散后滴在 Protochips 加熱芯片 上，觀察樣品在不同溫度下微觀形貌與物相組分的 變化。

2 結(jié)果與討論

水熱法制備的純 SnS2 以及分別添加了聚乙烯吡 咯烷酮、檸檬酸鈉作為表面活性劑的 SnS2 透射電子 顯微像( transmission electron microscope，TEM) 、高分 辨透 射 電 子 顯 微 像 ( high resolution transmission electron microscope，HＲTEM) 如圖 1 所示。圖 1a 為純 SnS2 納米片的 TEM 像，制備過程中未加入任何表面 活性劑。由圖可知，純 SnS2 納米片樣品團聚嚴重，且 SnS2 納米片的結(jié)構(gòu)不完整。圖 1d 所示為純 SnS2 納 米片的 HＲTEM 像，由該圖可知，樣品結(jié)晶性較好，可 觀察到清晰的二維晶格像。兩個方向上的晶格間距 都為 0. 31 nm，夾角為 60°，分別對應(yīng) SnS2 的( 100) 和 ( 010) 晶面。圖 1b，1c 分別為加入聚乙烯吡咯烷酮和 檸檬酸鈉作為活性劑的 SnS2 TEM 形貌像，圖 1( e，f) 分別是對應(yīng)的 HＲTEM 像。圖 1b 顯示樣品邊緣處有 一些片層結(jié)構(gòu)，這表明聚乙烯吡咯烷酮作為表面活性 劑對緩解 SnS2 團聚有一定作用，但并不能有效解決 樣品團聚的問題。圖 1c 表明，當(dāng)使用檸檬酸鈉作為 表面活性劑時，樣品為長條形納米棒且分散性并沒有 得到改善。盡管圖 1 中的 HＲTEM 像表明所制備的 樣品為 SnS2，但以上三種方法所制備出來的 SnS2 團 聚嚴重，不利于該材料的后續(xù)應(yīng)用。從以上結(jié)果可看出，聚乙二醇作為表面活性 劑，SnS2 納米片的分散性最佳，且具有規(guī)整的六邊 形結(jié)構(gòu)。

3 結(jié)論

利用水熱法制備了結(jié)晶性良好的 SnS2 納 米片。并比較了不添加表面活性劑以及分別添加 聚乙烯吡咯烷酮、檸檬酸鈉和聚乙二醇三種常見表 面活性劑對 SnS2 形貌的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)采用聚 乙二醇作為表面活性劑時，制備的 SnS2 納米片分散 性最好，且具有完整的六方相結(jié)構(gòu)。SnS2 納米片在 電子束輻照的作用下形貌結(jié)構(gòu)會發(fā)生變化，生成 SnS 小 晶 粒; 在透射電子顯微鏡中，當(dāng) 溫 度 達 到 325 ℃時，SnS2 納米片會開始分解。