[發(fā)明專利]WS2帶孔納米片/石墨烯電化學(xué)貯鋰復(fù)合電極及制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410339880.5
• 申請(qǐng)日: 2014-07-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104091923B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-04-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳衛(wèi)祥;葉劍波;馬琳;王臻
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M4/136
• 分類號(hào): H01M4/136;H01M4/1397;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 杭州賽科專利代理事務(wù)所(普通合伙)33230
• 代理人: 馮年群

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及復(fù)合納米材料及其制備方法，尤其涉及WS₂帶孔納米片/石墨烯復(fù)合納米材料及其水熱制備方法，屬于無(wú)機(jī)復(fù)合納米材料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

二維超薄納米片材料以其獨(dú)特的形貌具有眾多優(yōu)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片材料，其獨(dú)特的二維納米片結(jié)構(gòu)使其眾多獨(dú)特的物理、化學(xué)和力學(xué)等性能，具有重要的科學(xué)研究意義和廣泛的技術(shù)應(yīng)用前景。石墨烯具有極高的比表面積、高的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能、高的電荷遷移率，優(yōu)異的力學(xué)性能，這些優(yōu)異的特性使得石墨烯在微納米電子器件、儲(chǔ)能材料和新型的催化劑載體等方面具有廣泛的應(yīng)用前景。

石墨烯的發(fā)現(xiàn)及其研究取得的巨大成功激發(fā)了人們對(duì)其他無(wú)機(jī)二維納米片材料研究的極大興趣，如單層或少層數(shù)的過(guò)渡金屬二硫化物等。作為一種典型和重要的過(guò)渡金屬二硫化物，WS₂具有與石墨類似的層狀結(jié)構(gòu)，其層內(nèi)是共價(jià)鍵結(jié)合的S-W-S單元，層與層之間的結(jié)合是較弱的范德華力。這種典型層狀結(jié)構(gòu)和弱的范德華力，使WS₂作為固體潤(rùn)滑劑具有較低的摩擦因數(shù)，特別是在高溫、高真空等條件下仍具有較低的摩擦系數(shù)，是一種優(yōu)良的固體潤(rùn)滑劑。另外，層狀結(jié)構(gòu)WS₂可以允許外來(lái)的原子或離子的嵌入，因此WS₂層狀化合物也是一種很有發(fā)展前途的電化學(xué)儲(chǔ)鋰和儲(chǔ)鎂電極材料。

最近，石墨烯概念已經(jīng)從碳材料擴(kuò)展到其他層狀結(jié)構(gòu)的無(wú)機(jī)化合物，也就是對(duì)于層狀結(jié)構(gòu)的無(wú)機(jī)材料，當(dāng)其層數(shù)減少時(shí)(約6層以下)，尤其是減少4層及其以下時(shí)，其電子性質(zhì)或能帶結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生明顯的變化，從而導(dǎo)致其顯示了與相應(yīng)體相材料不同的物理和化學(xué)特性。除了石墨烯外，最近研究表明當(dāng)體相WS₂減少到少層數(shù)(特別是單層時(shí))，顯示了與體相材料明顯不同的物理、化學(xué)和電子學(xué)特性。有研究報(bào)道單層或少層數(shù)的WS₂具有更好的電化學(xué)貯鋰性 能和高的電催化析氫反應(yīng)活性。但是作為電化學(xué)反應(yīng)的貯鋰電極材料和電催化材料，WS₂的層與層之間低的導(dǎo)電性能影響了其應(yīng)用的性能。

由于WS₂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(jié)構(gòu)上具有很好的相似性。如果將WS₂納米片與石墨烯復(fù)合制備兩者的復(fù)合材料，石墨烯納米片的高導(dǎo)電性能可以進(jìn)一步提高復(fù)合材料的導(dǎo)電性能，增強(qiáng)電化學(xué)貯鋰和電催化反應(yīng)過(guò)程中的電子傳遞，可以進(jìn)一步改善復(fù)合材料的電化學(xué)貯鋰性能和電催化性能。WS₂納米片的電催化析氫反應(yīng)的催化活性主要來(lái)源于其活性位邊緣，增加WS₂納米片的邊緣是增強(qiáng)的電催化性能的一個(gè)途徑。作為電化學(xué)貯鋰電極材料，更多邊緣的WS₂納米片可以提供更多的和相對(duì)較短的鋰離子擴(kuò)散通道，有助于增強(qiáng)器電化學(xué)貯鋰性能。與普通的WS₂納米片比較，帶孔的納米片WS₂具有較多的邊緣，與電解液具有更多的接觸面積，可以增強(qiáng)其電化學(xué)性能。因此，這種WS₂帶孔納米片/石墨烯的復(fù)合納米材料作為電化學(xué)貯鋰電極材料和析氫反應(yīng)電催化劑具有廣泛的應(yīng)用和增強(qiáng)的電化學(xué)性能。

但是，到目前為止，WS₂帶孔納米片/石墨烯復(fù)合納米材料及其制備還未見(jiàn)報(bào)道。本發(fā)明以氧化石墨烯和硫代鎢酸銨為原料，通過(guò)陽(yáng)離子型柱[5]芳烴超分子協(xié)助的水熱方法和隨后的熱處理，制備了WS₂帶孔納米片/石墨烯的復(fù)合納米材料。這種制備WS₂帶孔納米片/石墨烯的復(fù)合納米材料的方法具有簡(jiǎn)單、方便和易于擴(kuò)大工業(yè)化應(yīng)用的有點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種WS₂帶孔納米片/石墨烯復(fù)合納米材料及其制備方法，該復(fù)合納米材料是由WS₂帶孔納米片與石墨烯復(fù)合構(gòu)成，所述WS₂帶孔納米片是單層或少層數(shù)的層狀結(jié)構(gòu)，所述WS₂帶孔納米片與石墨烯之間的物質(zhì)的量之比為1:1-1:3。

少層數(shù)的層狀結(jié)構(gòu)是指層數(shù)在6層或6層以下的層狀結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明WS₂帶孔納米片/石墨烯復(fù)合納米材料的制備方法的步驟如下：

(1)將氧化石墨烯超聲分散在去離子水中，然后加入陽(yáng)離子型柱[5]芳烴超分子(其結(jié)構(gòu)見(jiàn) 圖1),并充分?jǐn)嚢瑁?/p>