[发明专利]一种过渡金属硫化物纳米洋葱、制备方法及其应用

权利要求书

1.一种过渡金属硫化物纳米洋葱，其特征在于，由一种或多种过渡金属硫化物完整的纳米球壳同心层层复合生长而成，纳米球壳同心生长的核心为金属单质纳米球，纳米球壳的直径为5nm至400nm，复合层数为1层至100层，整体厚度为0.5nm至110nm，外层球壳需比其内侧临近球壳的直径大1.2nm至1.5nm，纳米球壳之间依靠范德华力结合。

2.根据权利要求1所述的过渡金属硫化物纳米洋葱，其特征在于，所述纳米球壳同心生长的核心即金属单质纳米球，直径为4.4nm至100nm，所述金属单质纳米球能同时提升纳米洋葱的导电性、在强酸或强碱电解液中的结构稳定性和机械强度，核心与纳米球壳在异质界面上依靠范德华力结合。

3.根据权利要求1所述的过渡金属硫化物纳米洋葱，其特征在于，通过控制金属单质纳米球核心的粒径调控层层复合生长的过渡金属硫化物纳米球壳的曲率。

4.权利要求1至3任一项所述的过渡金属硫化物纳米洋葱的制备方法，其特征在于，整个制备过程是在腔体中完成，选取与目标纳米洋葱相同化学计量成分的过渡金属硫化物靶材，高能脉冲激光的照射使靶材在照射光斑处的温度迅速上升至蒸发温度以上，进而使靶材中的组分元素或化合物一同蒸发为高密度等离子体，高密度等离子体在高真空环境中会定向区域化膨胀发射，在沉积到基底上之前转变为不同粒径和层数的过渡金属硫化物纳米洋葱；脉冲激光源选用准分子氟化氪激光源或YAG激光源，通过调控聚焦位置和激光能量实现能量密度为40～280mJ mm^-2的高能脉冲激光；激光的脉冲频率为1～20Hz，通过脉冲频率控制照射次数进而调控生成的原子层数，实现对过渡金属硫化物纳米洋葱层数和厚度的调控作用；制备过程中腔体内的温度控制在10～150℃；激光照射前先用机械泵将腔体内的真空度抽至2～3×10^-1Torr，随后用分子泵抽至1×10^-9～5×10^-7Torr；选择硅片或金属箔材作为沉积基底，靶材与沉积基底间的距离控制在30～55mm；通过控制脉冲激光的能量密度和靶基间距调控金属单质纳米球核心的粒径，进而控制过渡金属硫化物纳米洋葱的曲率；在沉积完成后分3～5次向腔体内充入氮气或氩气，使腔体内的真空度保持在50～100Torr并维持4～10小时，随后切断氮气或氩气供应，充入氧气使腔体内气压逐渐升至环境大气压；随后将基底连带生长的过渡金属硫化物纳米洋葱一同从腔体中取出备用。

5.权利要求1至3任一项所述的过渡金属硫化物纳米洋葱的应用，其特征在于，生长在玻碳电极、石墨片、碳布、碳纸、氟掺杂氧化锡镀膜玻片、碳纳米材料、金属箔材或金属泡沫上用作电催化析氢、析氧或氧还原催化剂。

6.权利要求1至3任一项所述的过渡金属硫化物纳米洋葱的应用，其特征在于，生长在抗弯刚度小于纳米洋葱薄膜抗弯刚度的金属箔材或聚合物薄膜上用作具有＞1Hz的高频率、20,000个循环后驱动性能保持在90％以上的高耐久性、能在液态环境中服役的电化学驱动器。

7.权利要求1至3任一项所述的过渡金属硫化物纳米洋葱的应用，其特征在于，从沉积基底上机械剥落下纳米球壳制成涂层、悬浊层或粉末用作亲酸性液体材料。

8.权利要求1至3任一项所述的过渡金属硫化物纳米洋葱的应用，其特征在于，从沉积基底上机械剥落下纳米球壳制成粉末用作导电增强结构。