[發明專利]MoS2帶孔納米片/石墨烯復合納米材料及制備方法

有效

• 申請號: 201410339848.7
• 申請日: 2014-07-17
• 公開（公告）號: CN104103829A
• 公開（公告）日: 2014-10-15
• 發明（設計）人: 陳衛祥;葉劍波;馬琳;馬英杰
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 杭州賽科專利代理事務所 33230
• 代理人: 馮年群

技術領域

?本發明涉及復合納米材料及其制備方法，尤其涉及MoS₂帶孔納米片/石墨烯復合納米材料及其水熱制備方法，屬于無機復合納米材料技術領域。

背景技術

?二維納米材料以其獨特的形貌具有眾多優異的特性，其研究引起了人們的極大興趣。石墨烯是最典型的二維納米材料，其獨特的二維帶孔納米片結構使其眾多獨特的物理、化學和力學等性能，具有重要的科學研究意義和廣泛的技術應用前景。石墨烯具有極高的比表面積、高的導電和導熱性能、高的電荷遷移率，優異的力學性能，這些優異的特性使得石墨烯在微納米電子器件、儲能材料和新型的催化劑載體等方面具有廣泛的應用前景。

?石墨烯的發現及其研究取得的巨大成功激發了人們對其他無機二維納米材料研究的極大興趣，如單層或少層數的過渡金屬二硫化物等。作為一種典型和重要的過渡金屬二硫化物，MoS₂具有與石墨類似的層狀結構，其層內是共價鍵結合的S-Mo-S單元，層與層之間的結合是較弱的范德華力。這種典型層狀結構和弱的范德華力，使MoS₂作為固體潤滑劑具有較低的摩擦因數，特別是在高溫、高真空等條件下仍具有較低的摩擦系數，是一種優良的固體潤滑劑。另外，層狀結構MoS₂可以允許外來的原子或離子的嵌入，因此MoS₂層狀化合物也是一種很有發展前途的電化學儲鋰和儲鎂電極材料。

???最近，石墨烯概念已經從碳材料擴展到其他層狀結構的無機化合物，也就是對于層狀結構的無機材料，當其層數減少時(6層以下)，尤其是減少4層及其以下時，?其電子性質或能帶結構會產生較明顯的變化，從而導致其顯示了與相應體相材料不同的物理和化學特性。除了石墨烯外，最近研究表明當體相MoS₂減少到少層數（特別是單層時），顯示了與體相材料明顯不同的物理、化學和電子學特性。有研究報道單層或少層數的MoS₂具有更好的電化學貯鋰性能和高的電催化析氫反應活性。但是作為電化學反應的貯鋰電極材料和電催化材料，MoS₂的層與層之間低的導電性能影響了其應用的性能。

?由于MoS₂納米片與石墨烯具有類似的二維納米片形貌，兩者在微觀形貌和晶體結構上具有很好的相似性。如果將MoS₂納米片與石墨烯復合制備兩者的復合材料，石墨烯納米片的高導電性能可以進一步提高復合材料的導電性能，增強電化學貯鋰和電催化反應過程中的電子傳遞，可以進一步改善復合材料的電化學貯鋰性能和電催化性能。MoS₂納米片的電催化析氫反應的催化活性主要來源于其活性位邊緣，增加MoS₂納米片的邊緣是增強的電催化性能的一個途徑。另外，作為電化學貯鋰電極材料，更多邊緣的MoS₂納米片可以提供更多的和相對較短的鋰離子擴散通道，有助于增強器電化學貯鋰性能。與普通的MoS₂納米片比較，MoS₂帶孔的納米片不僅具有較多的邊緣，而且與電解液具有更多的接觸面積。因此，這種MoS₂帶孔納米片/石墨烯的復合納米材料作為電化學貯鋰電極材料和析氫反應電催化劑具有廣泛的應用和增強的電化學性能。

但是，到目前為止，MoS₂帶孔納米片與石墨烯復合納米材料及其制備還未見報道。本發明以氧化石墨烯和鉬酸鈉為原料，通過一種超分子協助的水熱方法和隨后的熱處理，制備了MoS₂帶孔納米片/石墨烯的復合納米材料。這種制備MoS₂帶孔納米片/石墨烯的復合納米材料的方法具有簡單、方便和易于擴大工業化應用的有點。

?

發明內容

本發明的目的在于提供一種MoS₂帶孔納米片/石墨烯復合納米材料及其制備方法，該復合納米材料由MoS₂帶孔納米片與石墨烯復合構成，所述MoS₂帶孔納米片為單層或少層數的層狀結構，MoS₂帶孔納米片與石墨烯之間的物質的量之比為?1:1-1:3。

少層數的層狀結構是指層數在6層或6層以下的層狀結構。

本發明的MoS₂帶孔納米片/石墨烯復合納米材料的制備方法如下：

（1）將氧化石墨烯超聲分散在去離子水中，然后加入陽離子型柱[5]芳烴超分子（其結構見圖1），并充分攪拌；