水熱法是一種常見的合成二硫化鎢（WS?）納米材料的方法，因其操作簡(jiǎn)單、成本低廉且能夠有效控制產(chǎn)物的形貌和尺寸，近年來(lái)在材料科學(xué)領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。
水熱法合成二硫化鎢是通過(guò)在高溫高壓的水溶液環(huán)境中，利用前驅(qū)體之間的化學(xué)反應(yīng)生成目標(biāo)產(chǎn)物。相較於氣相沉積法或機(jī)械剝離法，水熱法的優(yōu)勢(shì)在於其能夠在較低溫度下實(shí)現(xiàn)納米結(jié)構(gòu)的合成，且無(wú)需複雜的設(shè)備支援。合成過(guò)程中，鎢源和硫源在水溶液中通過(guò)氧化還原反應(yīng)生成二硫化鎢晶體，形貌可通過(guò)調(diào)節(jié)反應(yīng)條件如溫度、時(shí)間、pH值和表面活性劑等加以控制。
原料選擇方面，常用的鎢源包括鎢酸鈉、氯化鎢或三氧化鎢等；硫源有硫脲硫代乙醯胺和硫化鈉；還原劑有鹽酸羥胺或草酸；表面活性劑有十六烷基三甲基溴化銨（CTAB）或聚乙二醇（PEG）。
中鎢智造三氧化鎢圖片
以鎢酸鈉和硫脲為原料採(cǎi)用水熱法合成WS?，工藝如下：先配製溶液，稱取適量鎢酸鈉和硫脲，保證鎢硫摩爾比為1:2，分別溶於50mL去離子水並攪拌至全溶，加入0.01mol鹽酸羥胺還原劑攪勻，溶液呈微黃色，若調(diào)控形貌可加約0.1mmolCTAB並攪拌；接著將混合溶液轉(zhuǎn)移至100mL聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼高壓釜；隨後把高壓釜放於恒溫烘箱保溫，此過(guò)程中硫脲分解出H?S與WO?2?反應(yīng)生成WS?；反應(yīng)結(jié)束，待高壓釜自然冷卻至室溫，打開取出黑色沉澱，用去離子水和乙醇交替離心洗滌，再將沉澱於60°C真空烘箱乾燥得WS?粉末；若要提升結(jié)晶品質(zhì)，可將乾燥產(chǎn)物置於管式爐，在氬氣或氮?dú)獗Ｗo(hù)下600°C退火2小時(shí)。
水熱合成WS?的核心，是鎢源和硫源于高溫高壓水環(huán)境中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。以鎢酸鈉和硫脲為例，反應(yīng)過(guò)程可簡(jiǎn)化如下：首先，硫脲在高溫下分解，CS(NH?)?+2H?O→2NH?+H?S+CO?，產(chǎn)生H?S和氨氣；接著，(WO?)2?在還原劑作用下被還原為較低氧化態(tài)的鎢中間體，隨後與H?S反應(yīng)生成WS?，即WO?2?+2H?S+還原劑→WS?+2H?O+氧化產(chǎn)物；最後，WS?分子在溶液中成核，借助表面活性劑的調(diào)控或延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間，逐步生長(zhǎng)為納米片、花狀結(jié)構(gòu)或棒狀結(jié)構(gòu)。
中鎢智造二硫化鎢圖片
工藝參數(shù)對(duì)水熱合成WS?有顯著影響：溫度方面，低於150°C反應(yīng)可能不完全，產(chǎn)物易混雜WO?，高於250°C則可能破壞形貌均勻性；時(shí)間上，6小時(shí)短時(shí)間反應(yīng)傾向生成較小納米顆粒，24小時(shí)長(zhǎng)時(shí)間反應(yīng)可形成層狀或花狀結(jié)構(gòu)；pH值而言，酸性環(huán)境利於H?S釋放和WS?生成，中性或鹼性條件會(huì)降低產(chǎn)率；表面活性劑作用明顯，CTAB濃度增加能使WS?從片狀變?yōu)榘魻?，PEG則更傾向促進(jìn)纖維狀結(jié)構(gòu)形成。
水熱法製備二硫化鎢時(shí)的注意事項(xiàng)：高壓釜操作需注意安全，避免高溫高壓下意外洩漏；廢液中可能含有少量H?S，需妥善處理以防環(huán)境污染；實(shí)驗(yàn)中應(yīng)記錄詳細(xì)參數(shù)，便於優(yōu)化和複現(xiàn)。
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