一种硫化钼/三氧化二铁复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种硫化钼/三氧化二铁复合材料及其制备方法和应用，所述复合材料的结构为：三氧化二铁纳米棒生长于硫化钼纳米片上。制备方法包括：通过液相法剥离硫化钼矿石得到硫化钼纳米片，然后通过溶剂转移法将其转移到水中并超声分散得到硫化钼纳米片水相分散液；通过化学浴沉积法在硫化钼纳米片上生长三氧化二铁前驱体纳米结构，后通过高温热处理得到硫化钼/三氧化二铁复合材料。本发明专利技术的复合材料具有良好均匀性和一致性，材料电化学活性好、导电性好，使用该复合材料作为超级电容器电极材料时，具有较好的充放电倍率及循环稳定性；而且制备过程方便环保，反应温度低，安全系数高，易于工业化生产。

A molybdenum sulfide / Fe2O3 composite material and preparation method and application thereof

The invention relates to a molybdenum sulfide / Fe2O3 composite material and its preparation method and application, the structure of the composite material: Fe2O3 nanorods grown on molybdenum sulfide nano film. The preparation method comprises: by liquid phase method of molybdenum sulfide ore by stripping molybdenum sulfide nano sheet, and then through the solvent transfer method to transfer it to get water and ultrasonic dispersion of molybdenum sulfide nano sheet aqueous dispersion liquid; the growth of three iron oxidation of two precursor nano structure in nano molybdenum sulfide film by chemical bath deposition method, through high temperature heat treatment of molybdenum sulfide / Fe2O3 composite materials. The composite material of the invention has good uniformity and consistency of materials, good electrochemical activity and good conductivity, using the composite as supercapacitor electrode material, has good charge and discharge rate and cycle stability; and the preparation process is convenient and environmental protection, low reaction temperature, high safety factor, easy industrial production.

【技术实现步骤摘要】
一种硫化钼/三氧化二铁复合材料及其制备方法和应用
本专利技术属于过渡金属硫族化合物-过渡金属氧化物材料及其制备领域，特别涉及一种硫化钼/三氧化二铁复合材料及其制备方法和应用。
技术介绍
铁氧化物纳米材料作为金属氧化物的一员，是非常重要的无机纳米材料。由其化学性质稳定，合成简单容易得到，且成本低廉，环境友好，又其有良好的抗腐烛性、磁学性能等特性，因而被广泛应用在磁性涂料、精细陶瓷、塑料制品、电子材料、油墨、微电子学、传感器、催化剂、废水处理等工业方而及生物医学方面，并且在未来有望开发新的用途，所以铁氧化物纳米材料的性质以及形貌已经成为科学研究的重要内容。高比表面积和孔隙率对于高性能电极材料是很重要的，其不仅通过缩短扩散路径促进离子传输，而且通过在广范围的活性位点中插入离子而增加电化学活性表面积。具有富集多孔结构的晶体由于不均匀的纳米晶体或纳米晶体的非紧密堆积是有前途的能量存储材料。具有可控结构的介观晶体在能量存储和转换中拥有显着增强的化学和物理性质。不幸的是，氧化铁晶体的合成被聚合物添加剂困扰，它能短时稳定初级纳米颗粒，但是会导致严重的问题，例如对合成方法敏感的不同添加剂，后处理(高温煅烧)后表面活性位点会显著降低。因此，非常需要开发一种具有足够孔隙的赤铁矿晶相的简单且无添加剂的纳米材料。MoS2是具有层状结构的过渡金属硫化物，最近被发现作为用于超级电容器和锂离子电池(LIB)的常见电极材料。该材料由通过范德华相互作用堆叠在一起的S-Mo-S原子层组成。这种分层结构允许小半径的离子，例如锂离子，可逆地插入层之间的通道中，而在其整个尺寸上没有大的体积膨胀。由于MoS2作为石墨的类层状结构，已经有许多相应的方法被设计出来制备少层的MoS2纳米片。由于2D结构产生的大的有效表面积，以及与石墨烯相比拥有更高的容量，MoS2纳米片具有巨大的替代石墨烯的潜力，并且成为一个的下一个在能量储存领域受重视的材料。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种硫化钼/三氧化二铁复合材料及其制备方法和应用，该方法易于操作，反应温度低，制备过程环保、产品质量好，性能稳定，工艺简单、重现性好、易于实施。制备得到具有优异电化学性能的硫化钼/三氧化二铁复合材料。通过将MoS2与铁氧化物纳米材料复合，可以有效的发挥两者材料的优势所在，而客服了单一材料面临的一些缺点。硫化钼/三氧化二铁复合结构增加了电极/电解液的接触，提供了更多的电化学活性位点，并且这种结构还能有效缓解充放电过程中的体积变化；引入三氧化二铁纳米棒有效的阻止了硫化钼纳米片的重新堆叠，使得该材料运用到超级电容器或者锂离子电池电极材料中具有优异的性能。本专利技术的一种硫化钼/三氧化二铁复合材料，所述复合材料的结构为：三氧化二铁纳米棒生长于硫化钼纳米片上；其中，硫化钼纳米片的横向尺寸为200～400nm。所述三氧化二铁纳米棒的尺寸为80～120nm。所述的硫化钼/三氧化二铁复合材料的制备方法，包括：(1)将辉钼矿加入到有机溶剂中，超声5～30h，沉降，抽滤，得到硫化钼纳米片；然后通过溶剂转移法将硫化钼纳米片转移至低沸点溶剂中，超声分散，得到硫化钼纳米片分散液；其中，硫化钼纳米片分散液的浓度为0.5～0.8mg/mL。(2)将铁盐溶于步骤(1)中的硫化钼纳米片分散液中，得到悬浮液，置于油浴锅中；然后加入络合剂和形貌控制剂，升温至80～100℃反应6～24h，洗涤，干燥，得到硫化钼/三氧化二铁前驱体复合材料；(3)将步骤(2)中的硫化钼/三氧化二铁前驱体复合材料进行程序升温热处理，得到硫化钼/三氧化二铁复合材料。所述步骤(1)中有机溶剂为二甲基甲酰胺、二羟甲基乙基脲和N-辛基-2-吡咯烷酮中的至少一种；低沸点溶剂为乙二醇、乙醇、甲醇和去离子水中的至少一种。所述步骤(1)中超声后得到硫化钼纳米片分散液；其浓度为0.5～0.8mg/mL。所述步骤(1)中硫化钼纳米薄片为单层或者少层(2～10层)。所述步骤(2)中铁盐为硝酸铁、醋酸铁和氯化铁中的一种。所述步骤(2)中铁盐与硫化钼纳米片的摩尔比为6.2：1～6：1。所述步骤(2)的悬浮液中铁盐的浓度为0.015～0.06mol/L。所述步骤(2)中络合剂为氨水或尿素；当络合剂为氨水时，氨水与铁盐的摩尔比为3：1～1：1；当络合剂为尿素时，尿素与铁盐的摩尔比为4：1～3：1。所述步骤(2)中形貌控制剂为六亚甲基四胺或硫酸钠；当形貌控制剂为六亚甲基四胺时，六亚甲基四胺与络合剂的摩尔比为0.2：1～0.4：1；当形貌控制剂为硫酸钠时，硫酸钠与络合剂的摩尔比为0.1：1～0.3：1。所述步骤(3)中程序升温热处理的条件为：将硫化钼/三氧化二铁前驱体复合材料置于管式炉或双管CVD系统中，在氮气或者氩气气氛下，控制升温程序为：从室温升温到180～220℃保温90～270min；优选温度为200℃，优选分段保温加热，即在100℃、150℃、200℃，分别保温30-90min在氮气或者氩气气氛下，从室温升温到。所述的硫化钼/三氧化二铁复合材料的应用，所述复合材料应用于高性能超级电容器电极材料以及锂离子电池、太阳能电池的电极材料。本专利技术所提供的硫化钼/三氧化二铁复合材料，是由铁盐通过化学浴沉积法在具有层状结构的硫化钼纳米片上原位生长前驱体纳米结构后，高温热处理得到硫化钼/三氧化二铁复合材料；其制备原料组成包括：硫化钼(辉钼矿)、氯化铁、氨水(尿素)、六亚甲基四胺(硫酸钠)、二甲基甲酰胺以及去离子水。制备方法，包括：通过液相法剥离硫化钼矿石(辉钼矿)得到单层或少层硫化钼纳米片；通过化学浴沉积法在硫化钼纳米片上生长三氧化二铁前驱体纳米结构，后通过高温热处理得到硫化钼/三氧化二铁复合材料。本专利技术用过一种简单的实验设计，制备得到硫化钼/三氧化二铁复合材料；该复合材料具有如下优势：通过液相剥离的硫化钼纳米片具有独特的类石墨烯单片层结构以及很高的比表面积，可以为三氧化二铁提供更多的成核位点，有效地分散了三氧化二铁纳米结构，形成的介孔晶体结构有效储存电解液，有利于提高倍率性能；这种独特的结构提供了以下优点：首先，由于自组装过程产生的α-Fe2O3晶体的介孔性质减少了赝电容材料中离子的扩散路径，确保活性材料的有效利用；第二，在混合电极中具有许多单层结构的硫化钼提供极高的表面积，从而有助于电解质离子有效地接近电极表面，并且基本上克服了α-Fe2O3差的导电性；第三，通过使用形貌控制剂来引导纳米结构金属氧化物的自组装，这种合成方法是便捷和经济的；最后，通过调整实验参数(反应温度，时间，前体等)更能控制所制备的杂化物。而且硫化钼/三氧化二铁复合材料形成范德华异质结构，由于层间弱的范德华作用力，相邻的层间不再受晶格必须相匹配的限制；并且，由于没有成分过渡，所形成的异质结具有原子级陡峭的载流子(势场)梯度；这种能级阶梯式交错有利于电子空穴分离，由于以过渡金属硫族化合物为代表的非石墨烯二维层状材料通常可以形成二类能带关系，因此以它们为基础搭建的异质结具有非常强的载流子分离能力，比单独材料的电荷迁移效率高。有益效果(1)本专利技术的方法简单温和，绿色无污染，重复性好，易于操作，反应温度低，不存在高温或者化学试剂可能引起的爆炸抑或是有毒有害物质释放等危险因素，是一种有效快捷的制备方法，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硫化钼/三氧化二铁复合材料，其特征在于，所述复合材料的结构为：三氧化二铁纳米棒生长于硫化钼纳米片上。

【技术特征摘要】
1.一种硫化钼/三氧化二铁复合材料，其特征在于，所述复合材料的结构为：三氧化二铁纳米棒生长于硫化钼纳米片上。2.根据权利要求1所述的一种硫化钼三氧化二铁复合材料，其特征在于，所述三氧化二铁纳米棒的尺寸为80～120nm。3.一种如权利要求1所述的硫化钼/三氧化二铁复合材料的制备方法，包括：(1)将辉钼矿加入到有机溶剂中，超声5～30h，沉降，抽滤，得到硫化钼纳米片；然后通过溶剂转移法将硫化钼纳米片转移至低沸点溶剂中，超声分散，得到硫化钼纳米片分散液；其中，硫化钼纳米片分散液的浓度为0.5～0.8mg/mL；(2)将铁盐溶于步骤(1)中的硫化钼纳米片分散液中，得到悬浮液，然后加入络合剂和形貌控制剂，升温至80～100℃反应6～24h，洗涤，干燥，得到硫化钼/三氧化二铁前驱体复合材料；(3)将步骤(2)中的硫化钼/三氧化二铁前驱体复合材料进行程序升温热处理，得到硫化钼/三氧化二铁复合材料。4.根据权利要求3所述的一种硫化钼/三氧化二铁复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中有机溶剂为二甲基甲酰胺、二羟甲基乙基脲和N-辛基-2-吡咯烷酮中的至少一种；低沸点溶剂为乙二醇、乙醇、甲醇和去离子水中的至少...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘天西，王开，张超，张凌隽，杨静，苏月，周俊，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：上海,31