本发明专利技术公开了一种WS2带孔纳米片/石墨烯复合纳米材料及其制备方法，其由WS2带孔纳米片与石墨烯复合构成，WS2带孔纳米片是单层或少层数的，WS2与石墨烯之间的物质的量之比为1:1-1:3。其制备方法是首先将氧化石墨烯超声分散在去离子水中，再加入阳离子型柱[5]芳烃超分子，并充分搅拌，然后依次加入L-半胱氨酸和硫代钨酸铵，充分搅拌使其溶解，将上述混合分散体系转移到水热反应釜中，于230-250℃下水热反应20-24h后，自然冷却至室温，离心收集固体产物，洗涤、干燥、热处理获得。本发明专利技术的方法具有简单、方便的特点，不需要消耗有机溶剂。
【技术实现步骤摘要】
ws2带孔纳米片/石墨烯复合纳米材料及制备方法
本专利技术涉及复合纳米材料及其制备方法，尤其涉及ws2带孔纳米片/石墨烯复合 纳米材料及其水热制备方法，属于无机复合纳米材料
。
技术介绍
二维超薄纳米片材料以其独特的形貌具有众多优异的特性，其研究引起了人们 的极大兴趣。石墨烯是最典型的二维纳米片材料，其独特的二维纳米片结构使其众多独特 的物理、化学和力学等性能，具有重要的科学研究意义和广泛的技术应用前景。石墨烯具有 极高的比表面积、高的导电和导热性能、高的电荷迁移率，优异的力学性能，这些优异的特 性使得石墨烯在微纳米电子器件、储能材料和新型的催化剂载体等方面具有广泛的应用前 旦 -5^ 〇 石墨烯的发现及其研究取得的巨大成功激发了人们对其他无机二维纳米片材料 研究的极大兴趣，如单层或少层数的过渡金属二硫化物等。作为一种典型和重要的过渡金 属二硫化物，ws 2具有与石墨类似的层状结构，其层内是共价键结合的S-W-S单元，层与层之 间的结合是较弱的范德华力。这种典型层状结构和弱的范德华力，使ws 2作为固体润滑剂 具有较低的摩擦因数，特别是在高温、高真空等条件下仍具有较低的摩擦系数，是一种优良 的固体润滑剂。另外，层状结构ws 2可以允许外来的原子或离子的嵌入，因此ws2层状化合 物也是一种很有发展前途的电化学储锂和储镁电极材料。 最近，石墨烯概念已经从碳材料扩展到其他层状结构的无机化合物，也就是对于 层状结构的无机材料，当其层数减少时（约6层以下），尤其是减少4层及其以下时，其电 子性质或能带结构会产生明显的变化，从而导致其显示了与相应体相材料不同的物理和化 学特性。除了石墨烯外，最近研究表明当体相WS 2减少到少层数(特别是单层时)，显示了与 体相材料明显不同的物理、化学和电子学特性。有研究报道单层或少层数的WS 2具有更好 的电化学贮锂性能和高的电催化析氢反应活性。但是作为电化学反应的贮锂电极材料和电 催化材料，WS 2的层与层之间低的导电性能影响了其应用的性能。 由于WS2纳米片与石墨烯具有类似的二维纳米片形貌，两者在微观形貌和晶体结 构上具有很好的相似性。如果将WS 2纳米片与石墨烯复合制备两者的复合材料，石墨烯纳米 片的高导电性能可以进一步提高复合材料的导电性能，增强电化学贮锂和电催化反应过程 中的电子传递，可以进一步改善复合材料的电化学贮锂性能和电催化性能。WS 2纳米片的电 催化析氢反应的催化活性主要来源于其活性位边缘，增加 ws2纳米片的边缘是增强的电催 化性能的一个途径。作为电化学贮锂电极材料，更多边缘的ws2纳米片可以提供更多的和相 对较短的锂离子扩散通道，有助于增强器电化学贮锂性能。与普通的ws 2纳米片比较，带孔 的纳米片1&具有较多的边缘，与电解液具有更多的接触面积，可以增强其电化学性能。因 此，这种ws 2带孔纳米片/石墨烯的复合纳米材料作为电化学贮锂电极材料和析氢反应电 催化剂具有广泛的应用和增强的电化学性能。 但是，到目前为止，WS2带孔纳米片/石墨烯复合纳米材料及其制备还未见报道。 本专利技术以氧化石墨烯和硫代钨酸铵为原料，通过阳离子型柱[5]芳烃超分子协助的水热方 法和随后的热处理，制备了 WS2带孔纳米片/石墨烯的复合纳米材料。这种制备WS2带孔纳 米片/石墨烯的复合纳米材料的方法具有简单、方便和易于扩大工业化应用的有点。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种WS2带孔纳米片/石墨烯复合纳米材料及其制备方 法，该复合纳米材料是由ws 2带孔纳米片与石墨烯复合构成，所述ws2带孔纳米片是单层或 少层数的层状结构，所述WS 2带孔纳米片与石墨烯之间的物质的量之比为1:1-1: 3。 少层数的层状结构是指层数在6层或6层以下的层状结构。 本专利技术ws2带孔纳米片/石墨烯复合纳米材料的制备方法的步骤如下： (1) 将氧化石墨烯超声分散在去离子水中，然后加入阳离子型柱[5]芳烃超分子(其结 构见图1)，并充分搅拌； (2) 将L-半胱氨酸和硫代钨酸铵依次加入步骤（1)的混合体系中，并不断搅拌使L-半 胱氨酸和硫代钨酸铵完全溶解，L-半胱氨酸和硫代钨酸铵用量的物质的量之比为5:1，硫 代钨酸铵与氧化石墨烯的物质的量之比在1:1-1:3 ; (3) 将步骤（2)得到的混合分散体系转移到水热反应釜中，并加入去离子水调整体积至 水热反应釜标称体积的80%，阳离子型柱[5]芳烃超分子的摩尔浓度为0. 001~0. 002 mol/ L，氧化石墨烯的摩尔浓度为30-65 mmol/L，将该反应釜放入恒温烘箱里，230-250°C下水 热反应20-24 h后，让其自然冷却至室温，用离心分离收集固体产物，并用去离子水充分洗 涤，在100°C下真空干燥；将上述所得到的固体产物在氮气/氢气混合气氛中在800 °C下热 处理2 h，混合气体中氢气的体积分数为10%，制备得到WS2带孔纳米片/石墨烯的复合纳 米材料。 上述的氧化石墨烯采用改进的Hummers方法制备。 本专利技术的WS2带孔纳米片/石墨烯复合纳米材料及其制备方法具有以下优点： 氧化石墨烯表面和边缘带有很多含氧官能团（如羟基，羰基，羧基)，这些含氧官能团使 氧化石墨烯更容易地分散在水或有机液体中，但是这些含氧官能团使氧化石墨烯表面带有 负电荷，使得氧化石墨烯与带有负电荷的WS广离子不相容，本专利技术通过静电作用先将阳离 子型柱[5]芳烃超分子（其结构见图1)吸附到氧化石墨烯表面，WS广离子就较容易与吸 附了双子表面活性剂的氧化石墨烯相互作用结合在一起。更重要的是，与一般的季铵盐阳 离子表面活性剂相比，本专利技术使用的阳离子型柱[5]芳烃超分子的两端各有5带正电的季 铵亲水基团，与带负电的氧化石墨烯之间具有更强的相互静电作用；该阳离子型柱[5]芳 烃超分子可以以垂直或者平躺的方式吸附在氧化石墨烯表面，并在水热处理过程中一起夹 带到水热产物中，在热处理过程中，阳离子型柱[5]芳烃超分子被碳化，最后可以制备得到 带有许多微孔的WS 2纳米片与石墨烯的复合纳米材料。这种WS2带孔纳米片不仅具有较多 的活性位边缘，可以增强其对析氢反应的电催化性能，并且可以提供更多的短的锂离子扩 散通道，有助理增强其电化学贮锂性能。WS 2带孔纳米片/石墨烯复合材料可以增加其与电 解液的接触面积，进一步有助于改善其电化学性能。本专利技术的制备方法具有简单、方便和易 于扩大工业化应用的特点。 【附图说明】 图1阳离子型柱[5]芳烃超分子结构示意图。 图2实施例1制备得到的WS2带孔纳米片/石墨烯复合纳米材料的XRD图。 图3实施例1制备得到的WS2带孔纳米片/石墨烯复合纳米材料的SEM形貌图（a) 和透射电镜照片（b)。 图4对比例制备的WS2纳米片/石墨烯复合纳米材料的SEM形貌图（a)、TEM照片 (b)和 HRTEM 照片（c)。 【具体实施方式】 以下结合实施例进一步说明本专利技术。 下述实例中的氧化石墨烯采用改进的Hmiimers方法制备：在0°C冰浴下，将10. 0 mmol (0. 12 g)石墨粉搅拌分散到50 mL浓硫酸中，不断搅拌下慢慢加入本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种WS2带孔纳米片/石墨烯的复合纳米材料，其特征在于，该复合纳米材料是由WS2带孔纳米片与石墨烯复合构成，所述WS2带孔纳米片是单层或少层数的层状结构，所述WS2带孔纳米片与石墨烯之间的物质的量之比为 1:1‑1:3。
【技术特征摘要】
1. 一种ws2带孔纳米片/石墨烯的复合纳米材料，其特征在于，该复合纳米材料是由 ws2带孔纳米片与石墨烯复合构成，所述ws2带孔纳米片是单层或少层数的层状结构，所述 13 2带孔纳米片与石墨烯之间的物质的量之比为1:1-1:3。2. -种权利要求1所述WS2带孔纳米片/石墨烯的复合纳米材料的制备方法，其特 征在于，所述制备方法按以下步骤进行： (1) 将氧化石墨烯超声分散在去离子水中，然后加入阳离子型柱[5]芳烃超分子，并充 分搅拌； (2) 然后将L-半胱氨酸和硫代钨酸铵依次加入到步骤（1)得到的混合体系中，并不断 搅拌使L-半胱氨酸和硫代钨酸铵完全溶解，L-半胱氨酸和硫代钨酸铵用量的物质的量之 比为5:1，硫代钨酸...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈卫祥，叶剑波，马琳，王臻，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33
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