一种利用超临界二氧化碳制备室温铁磁性氧化钼纳米片的方法

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1.本发明属于铁磁性氧化钼纳米材料制备技术领域，具体涉及一种利用超临界二氧化碳制备室温铁磁性氧化钼纳米片的方法。

背景技术：

2.铁磁半导体能结合半导体和磁体的优点和性能，是自旋电子学中最有应用前景的候选材料之一。但目前磁饱和强度和居里温度较低制约着其实际应用，制备居里温度高于室温、空气稳定性好的铁磁半导体一直是研究者关注的方向。范德华二维铁磁材料的发展提供了解决该问题的希望，这类材料具有层数依赖特性，且对光、电刺激更敏感，可调控的自由度大。因此，设计和构筑具有铁磁性的范德华二维材料对推动新型自旋电子器件的发展将提供重要的材料基础。低廉的、多晶相的、高活性的氧化钼是目前在能源转化、光学器件、电学器件等领域有理想应用前景的二维纳米材料之一。由于本体氧化钼具有顺磁性，人们在制备铁磁氧化钼时可通过原子掺杂的方式诱导室温铁磁性，例如通过氢、钴、镍或者碲原子掺杂（nanoscale 2018，10，14100；journal of alloys and compounds 2018，741，847；acs nano 2019，13，8717）。在室温铁磁氧化钼纳米材料的制备和应用中，为了降低生产成本和达到绿环保的目的，要利用简单易得的原材料和探索一种更简单的磁性氧化钼纳米材料的制备技术，这仍然是一种挑战。
3.超临界二氧化碳是一种环境友好的反应介质，其特殊的物理和化学性质（例如：非极性、低粘度、高分散性等）使得它在制备二维层状材料应用前景广阔。到目前为止，已有超临界二氧化碳用于剥离非层状材料过程中获得二维铁磁性纳米片的报道（nano today 2021，40，101272；angewandte chemie international edition 2022，134，e202117084）。然而目前尚未有利用超临界二氧化碳辅助制备室温铁磁氧化钼纳米材料的文献报道。

技术实现要素：

4.针对上述现有技术的缺陷与不足，本发明的目的在于提供一种利用超临界二氧化碳制备室温铁磁性氧化钼纳米片的方法。
5.为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：一种利用超临界二氧化碳制备室温铁磁性氧化钼纳米片的方法，步骤如下：（1）、将二硫化钼在空气氛围下200~500℃煅烧60~120min；（2）、将煅烧后得到的粉末分散到10~80v%乙醇中，获得分散液；然后将分散液转移至超临界装置中，向超临界装置中注入二氧化碳，在超临界条件下搅拌反应3-6h，自然冷却至室温后卸压；将超临界处理后的体系分离，收集分离液并干燥，得到室温铁磁性氧化钼纳米片。
6.较好地，步骤（2）中，所述超临界条件的参数为：温度40-100℃、压力10-20mpa。
7.较好地，步骤（2）中，煅烧后得到的粉末在分散液中的浓度为50~20mg/ml。
8.较好地，步骤（2）中，所述分离为离心分离。
9.本发明中，二硫化钼是市购获得的、没有经过任何改性处理的二硫化钼。
10.本发明与现有技术相比，具有如下优点：本发明提供给了一种利用超临界二氧化碳制备室温铁磁性氧化钼纳米片的方法，将二硫化钼在空气环境下高温煅烧氧化，然后通过超临界二氧化碳手段在氧化钼结构中引入局域磁矩（由于高扩散性的二氧化碳在不同结构上吸附强度的不同产生应力，促使缺陷的引入）；本发明利用原始的、没有经过改性的市购二硫化钼来制备室温铁磁氧化钼纳米片，比利用化学气相沉积法得到的原子掺杂磁性氧化钼的成本更为低廉，原料更为易得；从整个制备过程上，本发明简单易行，环保无污染，在自旋电子器件及信息存储等领域有重大的应用前景。
附图说明
11.图1为本发明实施例1制备的氧化钼纳米片的高分辨透射图（hrtem）及快速傅里叶变换图（fft，右下角插图）。
12.图2为本发明实施例1制备的氧化钼纳米片在300k温度下的磁滞回线（m-h曲线）。
13.图3为本发明实施例1制备的氧化钼纳米片的场冷（fc）和零场冷（zfc）m-t曲线。
具体实施方式
14.为使本发明更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
15.实施例1一种利用超临界二氧化碳制备室温铁磁性氧化钼纳米片的方法，步骤如下：（1）、将100mg市购二硫化钼在炭化炉中350℃空气环境下煅烧90min；（2）、将步骤（1）煅烧后得到的所有粉末分散于10ml的45v%的乙醇中超声分散30min后转移到反应釜中，向反应釜中注入二氧化碳使其达到超临界状态（14mpa，80℃），并在磁力搅拌下反应3h后释放二氧化碳进行卸压；之后用离心机以6000rpm的转速离心15min后，取上清液并在60℃真空烘箱中烘干，得到氧化钼纳米片。
16.将得到的氧化钼纳米片在碳支持膜上用透射电镜表征，其hrtem及快速傅里叶变换（fft，右下角插图）图见图1，fft显示原子排列晶格符合三氧化钼的正交相，且hrtem表明晶格间距为0.38nm，图中断续的原子排列表明结构中含有大量的缺陷。
17.将得到的氧化钼纳米片用磁学测量系统-mpms3进行磁学性质表征，其在300k温度下的磁滞回线（m-h曲线）及场冷（fc）和零场冷（zfc）m-t曲线，见图2和3。可知：在300k条件下m-h曲线有铁磁响应信号，磁饱和强度为0.01emu/g，同时m-t曲线中场冷（fc）和零场冷（zfc）曲线在300k处仍未重合，表明了氧化钼纳米片居里温度高于室温，说明产物具有室温铁磁性。

技术特征：

1.一种利用超临界二氧化碳制备室温铁磁性氧化钼纳米片的方法，其特征在于，步骤如下：（1）、将二硫化钼在空气氛围下200~500℃煅烧60~120min；（2）、将步骤（1）煅烧后得到的粉末分散到10~80v%乙醇中，获得分散液；然后将分散液转移至超临界装置中，向超临界装置中注入二氧化碳，在超临界条件下搅拌反应3-6h，自然冷却至室温后卸压；将超临界处理后的体系分离，收集分离液并干燥，得到室温铁磁性氧化钼纳米片。2.如权利要求1所述的利用超临界二氧化碳制备室温铁磁性氧化钼纳米片的方法，其特征在于：步骤（2）中，所述超临界条件的参数为：温度40-100℃、压力10-20mpa。3.如权利要求1或2所述的利用超临界二氧化碳制备室温铁磁性氧化钼纳米片的方法，其特征在于：步骤（2）中，煅烧后得到的粉末在分散液中的浓度为50~20mg/ml。4.如权利要求1所述的利用超临界二氧化碳制备室温铁磁性氧化钼纳米片的方法，其特征在于：步骤（2）中，所述分离为离心分离。

技术总结

本发明属于铁磁性氧化钼纳米材料制备技术领域，公开一种利用超临界二氧化碳制备室温铁磁性氧化钼纳米片的方法。（1）、将二硫化钼在空气氛围下200~500℃煅烧60~120min；（2）、将煅烧后得到的粉末分散到10~80v%乙醇中，获得分散液；然后将分散液转移至超临界装置中，向超临界装置中注入二氧化碳，在超临界条件下搅拌反应3-6h，自然冷却至室温后卸压；将超临界处理后的体系分离，收集分离液并干燥，得到室温铁磁性氧化钼纳米片。本发明首先将二硫化钼在空气环境下高温煅烧氧化，然后通过超临界二氧化碳手段在氧化钼结构中引入局域磁矩，制得室温铁磁氧化钼纳米片，比利用化学气相沉积法得到的原子掺杂磁性氧化钼的成本更为低廉，原料更为易得。更为易得。更为易得。