一种石墨烯/WSe2/NiFe-LDH气凝胶及其制备制造技术

技术编号:20124900 阅读:21 留言:0更新日期:2019-01-16 13:29
本发明专利技术涉及一种石墨烯/WSe2/NiFe‑LDH气凝胶及其制备方法,所述方法包括:将氧化石墨烯片层分散液和WSe2纳米片分散液混合,加入还原剂、交联剂以及pH调节剂中的至少一种,混合均匀,反应制得石墨烯/WSe2水凝胶,冷冻干燥,得到石墨烯/WSe2气凝胶;将所述石墨烯/WSe2气凝胶浸泡在NiFe‑LDH纳米片分散液中,制得石墨烯/WSe2/NiFe‑LDH水凝胶,冷冻干燥得石墨烯/WSe2/NiFe‑LDH气凝胶。本发明专利技术制得的N,S共掺杂石墨烯/WSe2/NiFe‑LDH(N,S共掺杂石墨烯/二硒化钨/镍铁双氢氧化物)的制备方法,其制备简单、成本低,制得的N,S共掺杂石墨烯/WSe2/NiFe‑LDH具有大比电容、循环性能好、内阻小等优异的电化学性能。

A graphene /WSe2/NiFe-LDH aerogel and its preparation

The invention relates to a graphene /WSe2/NiFe, LDH aerogel and a preparation method thereof. The method comprises the following steps: mixing the graphene oxide lamellar dispersions and the WSe2 nanosheets dispersions, adding at least one of the reducing agent, the crosslinking agent and the pH regulator, mixing evenly, and preparing the graphene /WSe2 hydrogel, then freeze-drying, and obtaining the graphene /WSe2 aerogel; Se2 aerogels were immersed in the dispersion of NiFe LDH nanosheets, and graphene /WSe2/NiFe LDH LDH hydrogel was prepared. The graphene /WSe2/NiFe /WSe2/NiFe LDH aerogels were freeze-dried. The preparation method of N, S co-doped graphene/WSe2/NiFe_LDH (N, S co-doped graphene/tungsten diselenide/ferronickel dihydroxide) prepared by the invention is simple in preparation and low in cost. The prepared N, S co-doped graphene/WSe2/NiFe_LDH has excellent electrochemical properties such as large specific capacitance, good cycling performance and low internal resistance.

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯/WSe2/NiFe-LDH气凝胶及其制备
本专利技术涉及一种电极材料,具体涉及一种石墨烯/WSe2/NiFe-LDH气凝胶及其制备方法。
技术介绍
随着经济的快速发展和全球人口的增加,环境的不断恶化和能源日益匮乏等问题引起了全球各界人士的广泛关注,寻求可持续、清洁、高效的可再生能源材料无疑成为人们关注的热点。其中,超级电容器是一种新型储能装置,它具有高功率密度、长循环寿命、快速的充放电过程以及低成本等优势,成为研究的热点,并在各个领域具有很好的应用前景。而其性能的好坏主要取决于电极材料的选择,因此制备合适的电极材料具有非常重要的意义。研究表明,影响电极材料电化学性能主要由有以下几点因素:电极材料的导电性、电极材料的孔结构、电极材料的有效比表面积和电极材料本身具有的比容量等。由于石墨烯(GO)片层间强烈的π-π相互作用,使其在还原后又重新团聚到一起,且石墨烯分散性较差,表面不活泼,很难与其他材料复合等缺点,导致石墨烯的应用遭遇瓶颈。因此将二维的石墨烯片层组装成三维结构,比如石墨烯气凝胶,可以充分利用石墨烯高的比表面积,赋予其较强的宏观力学性能,实现石墨烯的时间应用。石墨烯气凝胶兼具石墨烯和气凝胶的多项优异性能,如低密度、高孔隙率、巨大的比表面积、良好的机械性能、优越的导电性能及结构可控等,因而石墨烯气凝胶被视为双电层超级电容器的最佳候选电极材料之一。另外通过杂原子对石墨烯进行掺杂可以减小石墨烯的禁带宽带、增加其导电性以及杂原子与石墨烯缺陷之间的强协同效应可使掺杂石墨烯的电化学性能得到提升。层状过渡金属二硫族化物,是由共价键连接的X-M-X层(M=Mo,W,;X=S,Se,Te)通过层间范德华力构成的类石墨结构。二硒化钨作为典型的过渡金属二硫化物,相比二硫化钼有更窄的禁带宽度和更高的导电性,使其具有更高的赝电容性能。通过液相超声法将其剥离成二维超薄纳米片层结构,可以最大化其比表面积和暴露其电化学活性位点,有利于改善其在超级电容器应用中的性能。层状过渡金属双氢氧化物(Layereddoublehydroxide,LDH)是一种具有较大比表面积、可以根据特定的功能进行人工合成的一种层状材料。LDH具有各种独特的物理、化学性质,包括层板正电性、主体元素多变性、层间距可调性等性质,因此在催化、能源、水处理等方面有非常大的应用潜力。近年来,随着人们对LDH结构和性能的研究不断深入,发现这类材料同时具有双电层和赝电容两种性质的电容量,在储能领域展示出诱人的发展前景,但是由于在充放电过程中,电极材料中的金属元素不断地发生氧化还原反应,造成活性物质体积收缩和膨胀,导致其循环稳定性不好。虽然上述材料作为单独的电极材料时都表现出一定的超电容性能,但其性能并不理想。
技术实现思路
有鉴于此,实有必要提供一种石墨烯/WSe2/NiFe-LDH(N,S共掺杂石墨烯/二硒化钨/镍铁双氢氧化物)的制备方法,其制备简单、成本低,制得的石墨烯/WSe2/NiFe-LDH具有大比电容、循环性能好、内阻小等优异的电化学性能。本专利技术第一方面提供一种石墨烯/WSe2/NiFe-LDH气凝胶的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:将氧化石墨烯片层分散液和WSe2纳米片分散液混合,加入还原剂、交联剂以及pH调节剂中的至少一种,混合均匀,反应制得石墨烯/WSe2水凝胶,冷冻干燥,得到石墨烯/WSe2气凝胶;将所述石墨烯/WSe2气凝胶浸泡在NiFe-LDH纳米片分散液中,制得石墨烯/WSe2/NiFe-LDH水凝胶,冷冻干燥得石墨烯/WSe2/NiFe-LDH气凝胶。进一步地,所述的还原剂或交联剂含有N和S,优选地,所述的还原剂或交联剂为L-半胱氨酸,所得的石墨烯/WSe2/NiFe-LDH气凝胶为N、S共掺杂的石墨烯/WSe2/NiFe-LDH气凝胶。进一步地,所述氧化石墨烯片层分散液,通过将氧化石墨于去离子水中超声分散制得;所述WSe2纳米片分散液通过液相剥离法制得;所述NiFe-LDH纳米片分散液通过水热法制得。进一步地,所述氧化石墨通过以下方法制备:S11,在冰浴、搅拌下,将NaNO3溶解于浓硫酸中,直至NaNO3完全溶解;S12,维持冰浴,加入石墨粉,接着分批加入KMnO4,添加完后撤掉冰浴,反应至液体变粘稠;S13,加入去离子水,反应后,于低于120℃下再次加入去离子水;S14,室温加入H2O2水溶液,反应完成后,离心去掉上清液,保留沉淀;S15,所述沉淀用HCl溶液洗涤,烘干得氧化石墨。进一步地,所述WSe2纳米片分散液通过以下方法制备:将二硒化钨分散在异丙醇/水混合溶液中,超声波震荡制得WSe2纳米片分散液。进一步地,所述NiFe-LDH纳米片分散液通过以下方法制备:S31,将Ni(NO3)2·6H2O、Fe(NO3)3·9H2O、尿素以及柠檬酸三钠分散于水中,于130-170℃反应,反应完后洗涤、干燥,得到粉末状物质;S32,将步骤S31中所述粉末状物质分散于甲酰胺溶液,取上清液即为NiFe-LDH纳米片分散液。进一步地,所述氧化石墨烯片层和所述WSe2纳米片的重量比为4:9~36:1。进一步地,所述石墨烯/WSe2与所述NiFe-LDH的重量比为10:1~1:10。进一步地,所述还原剂为L-半胱氨酸、抗坏血酸、葡萄糖或它们的任意混合。进一步地,所述交联剂为L-半胱氨酸和/或聚吡咯。本专利技术第二方面提供一种上述方法制得的石墨烯/WSe2/NiFe-LDH气凝胶。与现有技术相比,本专利技术采用氧化石墨、WSe2、NiFe-LDH制得三元N,S共掺杂石墨烯/WSe2/NiFe-LDH气凝胶,其具有如下有益效果:1)本专利技术的气凝胶以液相剥离法制备超薄二硒化钨纳米片分散液,相比现有锂插层法剥离更安全,同时降低成本。2)本专利技术的气凝胶以L-半胱氨酸为掺杂元素来源,对石墨烯进行N和S的共掺杂,此外,L-半胱氨酸可以作为石墨烯形成气凝胶过程中的交联剂,从而利用水热法将二硒化钨负载在石墨烯片层上时可以实现石墨烯的掺杂和交联形成气凝胶同时进行。3)通过静电作用将带负电荷的N,S共掺杂石墨烯/二硒化钨与带正电荷的镍铁双氢氧化物的自组装作用制备成三元N,S共掺杂石墨烯/二硒化钨/镍铁双氢氧化物气凝胶复合材料,形成了良好的界面接触,同时减少了团聚,且该方法简单、易于大规模生产。4)本专利技术制得的三元N,S共掺杂石墨烯/二硒化钨/镍铁双氢氧化物复合气凝胶具有优异的电化学性能,其具有大比电容、循环性能好、内阻小等,可作为稳定高效超级电容器电极材料。5)本专利技术制得的N,S共掺杂石墨烯/WSe2/NiFe-LDH(N,S共掺杂石墨烯/二硒化钨/镍铁双氢氧化物)的制备方法,其制备简单、成本低,制得的N,S共掺杂石墨烯/WSe2/NiFe-LDH具有大比电容、循环性能好、内阻小等优异的电化学性能。附图说明图1是本专利技术一实施例的N,S共掺杂石墨烯/WSe2/NiFe-LDH气凝胶的制备过程示意图;图2是本专利技术一实施例的N,S共掺杂石墨烯/WSe2/NiFe-LDH的扫描电镜图;图3是本专利技术一实施例的N,S共掺杂石墨烯/WSe2/NiFe-LDH的扫描电镜的局部放大图。图4是本专利技术一实施例的N,S共掺杂石墨烯/WSe2/NiFe-LDH气凝胶的X射线光电子能谱;图5本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种N,S共掺杂石墨烯/WSe2/NiFe‑LDH气凝胶的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:将氧化石墨烯片层分散液和WSe2纳米片分散液混合,加入还原剂、交联剂以及pH调节剂中的至少一种,混合均匀,反应制得石墨烯/WSe2水凝胶,冷冻干燥,得到石墨烯/WSe2气凝胶;将所述石墨烯/WSe2气凝胶浸泡在NiFe‑LDH纳米片分散液中,制得石墨烯/WSe2/NiFe‑LDH水凝胶,冷冻干燥得石墨烯/WSe2/NiFe‑LDH气凝胶。

【技术特征摘要】
1.一种N,S共掺杂石墨烯/WSe2/NiFe-LDH气凝胶的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:将氧化石墨烯片层分散液和WSe2纳米片分散液混合,加入还原剂、交联剂以及pH调节剂中的至少一种,混合均匀,反应制得石墨烯/WSe2水凝胶,冷冻干燥,得到石墨烯/WSe2气凝胶;将所述石墨烯/WSe2气凝胶浸泡在NiFe-LDH纳米片分散液中,制得石墨烯/WSe2/NiFe-LDH水凝胶,冷冻干燥得石墨烯/WSe2/NiFe-LDH气凝胶。2.如权利要求1所述的石墨烯/WSe2/NiFe-LDH气凝胶的制备方法,其特征在于,所述的还原剂或交联剂含有N和S,所得的石墨烯/WSe2/NiFe-LDH气凝胶为N、S共掺杂的石墨烯/WSe2/NiFe-LDH气凝胶。3.如权利要求1所述的石墨烯/WSe2/NiFe-LDH气凝胶的制备方法,其特征在于,所述氧化石墨烯片层分散液,通过将氧化石墨于去离子水中超声分散制得;所述WSe2纳米片分散液通过液相剥离法制得;所述NiFe-LDH纳米片分散液通过水热法制得。4.如权利要求1所述的石墨烯/WSe2/NiFe-LDH气凝胶的制备方法,其特征在于,所述氧化石墨通过以下方法制备:S11,在冰浴、搅拌下,将NaNO3溶解于浓硫酸中,直至NaNO3完全溶解;S12,维持冰浴,加入石墨粉,接着分批加入KMnO4,添加完后撤掉冰浴,反应至液体变粘稠;S13,加入去离子水,反应后,于低于120℃下再次加入去离子水;S14,室温加入H2...

【专利技术属性】
技术研发人员:徐小威贾润萍燕飞刘珂丁学渊
申请(专利权)人:上海应用技术大学
类型:发明
国别省市:上海,31

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