二硫化锡纳米片的原位辐照-精宏干燥箱的使用！

自 2004 年，英 国曼彻斯特大学的 Geim 和 Novoselov 等通过机械剥离法成功制备出了稳定 存在的单层石墨烯并获得了其优异的物理性能，二 维纳米材料开始受到研究者们的广泛关注。随后， 过渡金属硫化物、六方氮化硼、金属氧化物、过渡金 属碳化物、锗烯和磷烯等层状晶体的发现极大地丰 富了二维材料的研究对象及内容。新型二维材 料因其 独 特 的 理 化 性 质 在 电 子 器 件、光 电 器 件、生化检测器件和能源领域等具有广阔 的应用前景。

1 实验部分

1. 1 水热法制备

SnS2 水热法制备纯 SnS2 纳米片。具体制备步骤 如下: ①称量 0. 7015 g( 2 mmol) 五水－四氯化锡和 0. 6014 g( 8 mmol) 硫代乙酰胺置入 40 mL 去离子水 中，混合后搅拌 30 min，得到无色透明溶液; ②将得 到的无色透明溶液置入容量为 50 mL 反应内衬中。 之后密封反应釜置于鼓风干燥箱（上海精宏DHG-9247A恒温干燥箱）中，在 160 ℃ 下反 应 12 h; ③将反应釜冷却至室温，并将得到的黄色悬 浮液分别用去离子水、无水乙醇离心洗涤各 3 次; ④ 将得到的黄色沉淀物放置于 60 ℃干燥箱中，恒温干 燥 24 h，研磨后得到的黄色粉末即为所制备的 SnS2 纳米片。 为了研究不同表面活性剂对材料形貌和分散 性的影响，本实验分别选用了聚乙二醇、柠檬酸钠、 聚乙烯吡咯烷酮( PVP) 作为表面活性剂。在混合 SnCl4 ·5H2O 和 TAA 时，加入 1 mmol 对应的表面活 性剂以及 1 mL 浓盐酸( HCl) 。HCl 的存在有利于 SnCl4 以及 TAA 水解生成 SnO2 以及 H2 S，促进反应 能够快速进行，并能够使 H+ 吸附在纳米片的边缘位 置以降低边缘处的表面能，使得边缘位置聚集更多 Sn4+ 以及 S2－ ，形成具有完整六方相结构的纳米片。其余步骤与制备纯 SnS2 样品相同。

1. 2 样品表征

①SnS2 纳米片样品的 X 射线衍射图谱( XＲD) 由 SmartLab 智能 X 射线衍射仪测得。②利用透射 电子显微镜( Titan 80－300) 对所制得样品的形貌与 组分进行分析，加速电压为 300 kV。

1. 3 原位辐照实验

将 SnS2 样品粉末置于去离子水中，超声 30 min 后滴在超薄碳膜上，在透射电镜中对样品进行表 征。通过会聚电子束，增大电子束流密度，观察样 品形貌结构以及化学组分的变化。

1. 4 原位热学实验

本实验采用的是 Fusion 350 原位热电样品杆， 将 SnS2 纳米片超声分散后滴在 Protochips 加热芯片 上，观察样品在不同温度下微观形貌与物相组分的 变化。

2 结果与讨论

水热法制备的纯 SnS2 以及分别添加了聚乙烯吡 咯烷酮、柠檬酸钠作为表面活性剂的 SnS2 透射电子 显微像( transmission electron microscope，TEM) 、高分 辨透 射 电 子 显 微 像 ( high resolution transmission electron microscope，HＲTEM) 如图 1 所示。图 1a 为纯 SnS2 纳米片的 TEM 像，制备过程中未加入任何表面 活性剂。由图可知，纯 SnS2 纳米片样品团聚严重，且 SnS2 纳米片的结构不完整。图 1d 所示为纯 SnS2 纳 米片的 HＲTEM 像，由该图可知，样品结晶性较好，可 观察到清晰的二维晶格像。两个方向上的晶格间距 都为 0. 31 nm，夹角为 60°，分别对应 SnS2 的( 100) 和 ( 010) 晶面。图 1b，1c 分别为加入聚乙烯吡咯烷酮和 柠檬酸钠作为活性剂的 SnS2 TEM 形貌像，图 1( e，f) 分别是对应的 HＲTEM 像。图 1b 显示样品边缘处有 一些片层结构，这表明聚乙烯吡咯烷酮作为表面活性 剂对缓解 SnS2 团聚有一定作用，但并不能有效解决 样品团聚的问题。图 1c 表明，当使用柠檬酸钠作为 表面活性剂时，样品为长条形纳米棒且分散性并没有 得到改善。尽管图 1 中的 HＲTEM 像表明所制备的 样品为 SnS2，但以上三种方法所制备出来的 SnS2 团 聚严重，不利于该材料的后续应用。从以上结果可看出，聚乙二醇作为表面活性 剂，SnS2 纳米片的分散性最佳，且具有规整的六边 形结构。

3 结论

利用水热法制备了结晶性良好的 SnS2 纳 米片。并比较了不添加表面活性剂以及分别添加 聚乙烯吡咯烷酮、柠檬酸钠和聚乙二醇三种常见表 面活性剂对 SnS2 形貌的影响。结果发现，当采用聚 乙二醇作为表面活性剂时，制备的 SnS2 纳米片分散 性最好，且具有完整的六方相结构。SnS2 纳米片在 电子束辐照的作用下形貌结构会发生变化，生成 SnS 小 晶 粒; 在透射电子显微镜中，当 温 度 达 到 325 ℃时，SnS2 纳米片会开始分解。