一种二硫化钨/二氧化锰微马达及其制备与应用
阅读说明：本技术 一种二硫化钨/二氧化锰微马达及其制备与应用 (Tungsten disulfide/manganese dioxide micromotor and preparation and application thereof ) 是由 王莹 逯浩 李钟昊 谢忠洲 于 2021-09-30 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种二硫化钨/二氧化锰微马达及其制备与应用,所述制备方法包括以下步骤：(1)取模板进行预处理,之后在模板的一侧镀上一层导电层；(2)配制二硫化钨电沉积液和二氧化锰电沉积液；(3)将步骤(1)得到的模板置于电镀槽中,加入步骤(2)得到的二硫化钨电沉积液和二氧化锰沉积液,依次进行二硫化钨和二氧化锰的电沉积,之后进行后处理去除模板,得到所述二硫化钨/二氧化锰微马达。与现有技术相比,本发明制得的二硫化钨/二氧化锰微马达具有出色的催化性能,且制备方法简单,原料自然丰度高成本低,产物具有良好的化学稳定性,整个制备过程具有环境友好性。(The invention relates to a tungsten disulfide/manganese dioxide micromotor and preparation and application thereof, wherein the preparation method comprises the following steps: (1) pretreating a template, and plating a conductive layer on one side of the template; (2) preparing tungsten disulfide electrodeposition liquid and manganese dioxide electrodeposition liquid; (3) and (3) placing the template obtained in the step (1) in an electroplating bath, adding the tungsten disulfide electrodeposition solution and the manganese dioxide deposition solution obtained in the step (2), sequentially performing electrodeposition of tungsten disulfide and manganese dioxide, and performing aftertreatment to remove the template, thereby obtaining the tungsten disulfide/manganese dioxide micromotor. Compared with the prior art, the tungsten disulfide/manganese dioxide micromotor prepared by the invention has excellent catalytic performance, the preparation method is simple, the natural abundance of the raw materials is high, the cost is low, the product has good chemical stability, and the whole preparation process is environment-friendly.)
技术领域
本发明涉及微纳米马达技术领域，具体涉及一种二硫化钨/二氧化锰微马达及其制备与应用。
背景技术
纳米机器人又称为纳米马达，是能够在环境中自主运动的微米级材料，在许多方面表现出的运动特性跟微生物的运动特性非常相像。它们可以从某种特定环境中将其它形式的能量转换成机械能从而进行运动，比如，它们可以像微生物一样通过控制进行分散和集中。此外，它们还能能够捕获目标细胞，并将药物运送并释放到指定的位置。在环境治理方面，纳米机器人可以将水中的污染物进行降解。在大多数这些材料中，电化学成为不可分割的部分。而在电化学沉积模式下，非金属氧化物的沉积方法目前还属于探索阶段，不是很成熟(尤其是WS2作为一种硫化物在电化学沉积方面的研究还不是很多，用和石墨烯一样的沉积方式去沉积WS2不一定是最好的方式)，所以本专利将从溶液配比及具体的沉积方式去介绍如何去做。
专利CN110611455A一种立方Ag纳米颗粒内表面的中空管状MnO2基微米马达及其制备，制备方法包括下述步骤：步骤1、以Au溅射处理后的聚碳酸酯薄膜为工作电极，铂丝为辅助电极，Ag/AgCl电极作为参比电极，在电解池中倒入PEDOT层的电解液，在CHI 660E型电化学工作站中进行聚乙撑二氧噻吩PEDOT支撑外层的电化学沉积；步骤2、以Au溅射处理后的聚碳酸酯薄膜为工作电极，不锈钢片为辅助电极，Ag/AgCl电极作为参比电极，在步骤1制备的PEDOT支撑外层的基础上，进行Ag掺杂的MnO2内层的电化学沉积；步骤3、将步骤2得到的含有PEDOT外层和Ag掺杂的MnO2内层的聚碳酸酯薄膜进行抛光溶解处理，最后得到中空管状微米马达(PEDOT/MnO2@Ag)。此专利提供的是一种较为成熟的MnO2和Ag的掺杂实验，而本专利则是提供了新型光催化材料WS2的电沉积方式，采用的电化学沉积方式是循环伏安法，制备出的样品具有光催化效果，可以进行更多的应用。
发明内容
本发明的第一个目的就是提供一种二硫化钨/二氧化锰微马达的制备方法，提供电化学沉积的材料的最优解。
本发明的第二个目的就是提供一种二硫化钨/二氧化锰微马达。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种二硫化钨/二氧化锰微马达的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
(1)取模板进行预处理，之后在模板的一侧镀上一层导电层，所述模板内部存在孔洞，导电层镀在模板的表面；
(2)配制二硫化钨电沉积液和二氧化锰电沉积液；
(3)将步骤(1)得到的模板置于电镀槽中，加入步骤(2)得到的二硫化钨电沉积液和二氧化锰沉积液，依次进行二硫化钨和二氧化锰的电沉积，之后进行后处理去除模板，得到所述二硫化钨/二氧化锰微马达，二硫化钨和二氧化锰电沉积在孔洞中。
步骤(1)中，所述模板的材质为聚碳酸酯，该材料能够溶解且不对后续溶解实验有影响，同时成本低廉。
步骤(1)中，预处理过程具体为：用真空等离子清洗机去除模板表面的有机杂质。
步骤(1)中，所述导电层的厚度为80nm，所述导电层的材质为金。
步骤(2)中，所述二硫化钨电沉积液中含有钨酸、钨酸钠、亚硫酸钠，所述钨酸、钨酸钠和亚硫酸钠的摩尔比为0.0054:0.0061:0.0457。
步骤(2)中，所述二氧化锰电沉积液中含有醋酸猛和亚硫酸钠，所述醋酸猛和亚硫酸钠的摩尔比0.0051:0.0152。
步骤(2)中，配制得到的二硫化钨电沉积液和二氧化锰电沉积液分别放在搅拌机中搅拌15min使各化合物充分混合。
步骤(3)中，在进行电沉积时，将电镀槽和电化学工作站组装，使参比电极与AgCl电极相连接，对电极与Pt电极相连接，工作电极与模板上的导电层相连接。
步骤(3)中，在沉积二硫化钨时，采用循环伏安法沉积，电压为0.3-1.2V，沉积速率为40～60mV/s，8～12个循环结束，循环的次数影响沉积样品的厚度，次数越多，厚度越厚。
优选地，在沉积二硫化钨时，采用循环伏安法沉积，电压为0.3-1.2V，沉积速率为50mV/s，10个循环结束。
步骤(3)中，在沉积二氧化锰时，采用恒电压法沉积，电压为0.8～1.2V，沉积时间为450～550s，沉积电荷量为8～12C。
优选地，在沉积二氧化锰时，采用恒电压法沉积，电压为1V，沉积时间为500s，沉积电荷量为10C。
步骤(3)中，后处理过程具体为：将沉积完成的模板依次进行干燥、去除导电层、清洗、溶解模板和二次清洗。具体为：将沉积完成的模板先放在干燥箱中60℃干燥24h，之后用尼龙抛光布去除预先热蒸发上的导电层，并用水清洗干净，再用二氯甲烷溶解掉模板，最后使用离心机分别用二氯甲烷、酒精、水在6000转/分钟的转速下持续三分钟，每种溶液的情况下各清洗三次。
一种二硫化钨/二氧化锰微马达，为中空管状结构，二硫化钨层为支撑外层，二氧化锰层为内层，长度为13-15μm，外径为5μm。
一种二硫化钨/二氧化锰微马达的应用。
二硫化钨呈层状，可用于微型超级电容器的电化学活性材料，二氧化锰是一种廉价的催化材料，也可用于催化层微电机的制造。本发明通过电化学工作站将二硫化钨沉积于聚碳酸酯模板上，之后继续在二硫化钨层上沉积二氧化锰作为微马达的催化层，用于管状微马达的驱动，之后将模板去除，获得中空的二硫化钨/二氧化锰微纳米马达。本发明制得的二硫化钨/二氧化锰微马达具有出色的催化性能，且制备方法简单，原料自然丰度高成本低，产物具有良好的化学稳定性，整个制备过程具有环境友好性。
附图说明
图1为WS2/MnO2微马达的SEM图像；
图2为WS2/MnO2微马达的元素半定量分析；
图3为WS2/MnO2微马达的制备流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
一种二硫化钨/二氧化锰微马达的制备方法，包括以下步骤：
(1)取聚碳酸酯作为模板进行预处理，之后在模板的一侧镀上一层导电层，导电层的厚度为80nm，导电层的材质为金；
(2)配制二硫化钨电沉积液和二氧化锰电沉积液，二硫化钨电沉积液中含有钨酸、钨酸钠、亚硫酸钠，钨酸、钨酸钠和亚硫酸钠的摩尔比为0.0054:0.0061:0.0457，二氧化锰电沉积液中含有醋酸猛和亚硫酸钠，醋酸猛和亚硫酸钠的摩尔比0.0051:0.0152；
(3)将步骤(1)得到的模板置于电镀槽中，加入步骤(2)得到的二硫化钨电沉积液和二氧化锰沉积液，依次进行二硫化钨和二氧化锰的电沉积，之后将沉积完成的模板先放在干燥箱中60℃干燥24h，之后用尼龙抛光布去除预先热蒸发上的导电层，并用水清洗干净，再用二氯甲烷溶解掉模板，最后使用离心机分别用二氯甲烷、酒精、水在6000转/分钟的转速下持续清洗三分钟，每种溶液各清洗三次，得到所述二硫化钨/二氧化锰微马达，在沉积二硫化钨时，采用循环伏安法沉积，电压为0.3-1.2V，沉积速率为40～60mV/s，8～12个循环结束，在沉积二氧化锰时，采用恒电压法沉积，电压为0.8～1.2V，沉积时间为450～550s，沉积电荷量为8～12C。
一种采用如上述所述的制备方法得到的二硫化钨/二氧化锰微马达。
一种如上述所述的二硫化钨/二氧化锰微马达的应用。
实施例1
一种二硫化钨/二氧化锰微马达，为中空管状结构，二硫化钨层为支撑外层，二氧化锰层为内层，长度为13-15μm，外径为5μm，采用如图3所示的流程制备得到：
(1)取聚碳酸酯作为模板，用真空等离子清洗机去除模板表面的有机杂质进行预处理，之后使用热蒸发仪器(电流为110A，蒸发速率为1-2每秒，真实厚度等于膜厚仪示数/10*0.7)在模板的一侧镀上一层80nm厚的导电层，导电层的材质为金；
(2)配制二硫化钨电沉积液和二氧化锰电沉积液：将1.3492g钨酸、1.7812g钨酸钠、5.76g亚硫酸钠溶解于40mL的去离子水中，之后放在搅拌机中搅拌15min使各化合物充分混合得到二硫化钨电沉积液，将0.876g的醋酸猛和2.16g的硫酸钠充分溶解于30mL的去离子水中，之后放在搅拌机中搅拌15min使各化合物充分混合得到二氧化锰电沉积液；
(3)将步骤(1)得到的模板置于电镀槽中，加入步骤(2)得到的二硫化钨电沉积液和二氧化锰沉积液，将电镀槽和电化学工作站组装，使参比电极与AgCl电极相连接，对电极与Pt电极相连接，工作电极与模板上的导电层相连接，依次进行二硫化钨和二氧化锰的电沉积，在沉积二硫化钨时，采用循环伏安法沉积，电压为0.3-1.2V，沉积速率为50mV/s，10个循环结束，在沉积二氧化锰时，采用恒电压法沉积，电压为1V，沉积时间为500s，沉积电荷量为10C，之后将沉积完成的模板先放在干燥箱中60℃干燥24h，之后用尼龙抛光布去除预先热蒸发上的导电层，并用水清洗干净，再用二氯甲烷溶解掉模板，最后使用离心机分别用二氯甲烷、酒精、水在6000转/分钟转速下持续三分钟，每种溶液的情况下各清洗三次，得到二硫化钨/二氧化锰微马达，如图1所示，可看到，WS2/MnO2微马达单个生长情况良好且EDX元素一致。将该马达进行元素半定量分析，如图2和表1所示，图2和表1均制成的微马达确实含有对应含量的氧元素、硫元素、锰元素和钨元素。
表1 eZAF智能定量结果
一种二硫化钨/二氧化锰微马达在光催化中的应用。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
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