MoS2@石墨烯复合纳米材料的合成方法技术

本发明专利技术涉及一种MoS2@石墨烯复合纳米材料的合成方法。本发明专利技术采用一步水热合成法，以热解还原的氧化石墨烯、钼酸钠、硫脲为原料，三羟甲基氨基甲烷缓冲剂为溶剂，在多巴胺辅助作用下，制备了形貌均匀的MoS2@石墨烯复合纳米材料。TEM/SEM结果显示，大量的MoS2超薄纳米片均匀生长在石墨烯表面上，形成像网一样的结构紧紧包裹在石墨烯上面。从XRD谱图可知，MoS2结晶良好，属于六方晶系的2H‑MoS2晶相。本发明专利技术工艺简单，条件可控，材料负载均一度高，制备的MoS2@石墨烯复合纳米材料在锂离子电池负极材料等新能源领域具有广泛的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种MoS2@石墨烯复合纳米材料的合成方法，属于锂离子电池等新能源材料制备领域。
技术介绍
二维层状结构的过渡金属硫化物MS2(M＝Mo,Ti,V)，通常有比零维和一维更多的活性位点，能展现出更多的有效表面，同时二维结构还有重量小、表面积大以及分布均匀等特点，在光、电、磁等方面表现出许多优异的性能。在这些材料中，具有类石墨结构的二硫化钼纳米材料(MoS2)，由于其较高的理论容量和特殊的结构在锂离子电池负极材料等新能源领域引起人们的广泛关注。然而，MoS2在深度放电时，不可避免地会发生严重的体积膨胀，导致材料的微观结构发生变化，进而影响材料的倍率和循环性能；加上本身导电性能的局限性，都极大地限制了其进一步的应用。因此，单纯的MoS2作电极材料已无法满足实际需要。当前，改善和提高材料性能的一个有效方法就是与导电性能好、结构稳定的碳材料形成复合纳米结构。而石墨烯独特的二维结构、高的比表面和优异的导电性，使其成为负载MoS2非常理想的载体。很多方法已被用来制备MoS2@石墨烯复合材料，如在表面活性剂的辅助作用下合成；掺氮改性的石墨烯与MoS2复合等。虽然在这方面取得了一定的进展，但复合材料的合成过程相对复杂。因此，开发简单有效的制备工艺，成功将MoS2与石墨烯复合，提高其电化学性能，在新能源等领域有着重要的研究意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种MoS2@石墨烯锂离子电池负极材料的制备方法。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种MoS2@石墨烯复合纳米材料的制备方法，其特征在于该方法的具体步骤为：a.将氧化石墨烯加入到三羟甲基氨基甲烷缓冲剂中，配制成浓度为0.0350～0.0450mol/L的混合溶液；再加入多巴胺，继续搅拌均匀后再加入钼酸钠，继续搅拌均匀；最后加入硫脲；所述的氧化石墨烯、多巴胺、钼酸钠、硫脲的摩尔比为：1:0.075～0.235:0.33:2.10；b.将步骤a所得混合溶液在180～240℃条件下反应12～24h；反应完成后，将产物离心分离，并用去离子水和乙醇洗涤，烘干，得到黑色粉末；c.将步骤b所得黑色粉末在惰性气氛中，600～800℃条件下，煅烧1～3h，即得本专利技术制备的MoS2@石墨烯复合纳米材料。本专利技术以钼酸钠为钼源，硫脲为硫源，在多巴胺的辅助作用下，与石墨烯进行复合，制备出具有均匀负载的片状形貌MoS2@石墨烯复合纳米材料。本专利技术工艺过程中，多巴胺先通过静电作用吸附在还原氧化石墨烯表面上，随后加入的钼酸钠水解出的钼酸根离子吸附在多巴胺上，最后加入的硫脲在高温下分解出的硫化氢将钼酸根还原成MoS2，最终形成均匀负载的复合纳米材料。与现有的合成技术相比，本专利技术技术具有以下显著优点：工艺简单，条件可控，材料负载均匀度高，有潜在的锂离子电池材料领域方面的应用前景。附图说明图1为本专利技术实施例所得MoS2@石墨烯复合纳米材料的XRD谱图。图2为本专利技术实施例所得MoS2@石墨烯复合纳米材料的TEM图片。图3为本专利技术实施例所得MoS2@石墨烯复合纳米材料的SEM图片。图4为本专利技术实施例和对比例所得MoS2@石墨烯复合纳米材料的电化学循环性能图。具体实施方式所有实施例均按上述技术方案的操作步骤进行操作。本专利技术所使用的氧化石墨烯的制备方法请参见J.Am.Chem.Soc.,2008,130,5856-5857。具体如下：先将过硫酸钾(K2S2O8)和五氧化二磷(P2O5)溶解于浓硫酸，超声搅拌均匀，加入已经称量好的石墨粉后，完成预氧化过程。随后在低温条件下用高锰酸钾(KMnO4)和浓硫酸充分的氧化。再通过稀盐酸清洗和多次的水洗即可得到氧化石墨烯。最后通过500℃煅烧得到热解还原的氧化石墨烯。实施例一：a.称取30mg热解还原的氧化石墨烯，超声分散于60ml提前配好的10mM的三羟甲基氨基甲烷缓冲剂；b.向上述a混合溶液中加入90mg多巴胺，搅拌2h，充分溶解；c.将0.2g钼酸钠加入上述溶液b中，继续搅拌1h；再加入0.4g的硫脲，充分搅拌1h；d.将反应后的混合溶液倒入带聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，在200℃条件下反应24h；e.反应完成后，将产物从反应釜中取出，离心分离，并用去离子水和乙醇反复洗涤后，将其在60℃真空干燥过夜，并在氮气氛围中600℃条件下煅烧2h，即得本专利技术制备的MoS2@石墨烯复合纳米材料。将所得的样品进行物性表征，其部分结果如附图所示。由结果可知，所得MoS2@石墨烯复合材料形貌均一，超薄的MoS2纳米片负载在石墨烯表面，形成像网一样的结构紧紧包裹在石墨烯上。对比例本实施例的制备过程和步骤与实施例基本相同，不同在于b步骤：没有加入多巴胺。所得结果与实施例明显不同，MoS2难以在石墨烯上均匀负载且部分团聚严重。参见附图，图1为本专利技术实施例所得MoS2@石墨烯复合纳米材料的XRD谱图。XRD分析：在日本RigaKu D/max-2550型X射线衍射仪上进行；采用CuKα衍射。从中可知，本专利技术所得复合材料中，衍射峰的出峰位置在2θ＝14.5°，40.2°，50.3°，59.9°分别对应于MoS2的(002)，(103)，(105)，(110)晶面，与标准谱图(JCPDF No.37-1492)相一致，是典型的六方晶系2H-MoS2晶相。而且未见其他杂峰出现，说明所得产物为结晶良好的高纯度的MoS2纳米片。参见附图，图2为本专利技术实施例所得MoS2@石墨烯复合纳米材料的透射电镜(TEM)图片。TEM分析：采用日本电子株式会社JEOL-200CX型透射电子显微镜观察材料形貌和结构。本专利技术所得复合材料中，片状MoS2均匀负载在石墨烯表面上。参见附图，图3为本专利技术实施例所得MoS2@石墨烯复合纳米材料的扫描电镜(SEM)图片。SEM分析：采用日本电子公司JSM-20CX型发射扫描电子显微镜观察材料形貌。从SEM结果可以看出，大量的MoS2超薄纳米片均匀生长在石墨烯表面上，形成像网一样的结构紧紧包裹在石墨烯上面，与TEM结果一致。参见附图，图4为本专利技术实施例和对比例所得MoS2@石墨烯复合纳米材料的电化学循环性能图。其中，电化学性能的测试方法如下：制得MoS2@石墨烯复合纳米材料和炭黑，PVDF(聚偏二氟乙烯，2.5wt.％水溶液)混合均匀，制成电池的负极；以金属锂作为正极，微孔聚丙烯材料作为隔膜；电解液是由LiPF6溶解在乙烯碳酸脂(EC)、丙烯碳酸脂(DMC)和碳酸乙酯(DEC)中配制而成(相应质量比为1：1：1)。模拟电池的组装在充满氩气的手套箱中完成。从图4中可以看出，实施例所得复合纳米材料在电流密度为100mA/g的条件下首次放电容量为1732.3mAh/g，在50次循环后容量依然达到1100.0mAh/g，其容量保持率依然可以达到63.5％。而对比例所得材料在同样的电流密度下首次放电为1430.0mAh/g，在50次循环后容量只有413.6mAh/g，容量保持率很低。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种MoS2@石墨烯复合纳米材料的制备方法，其特征在于该方法的具体步骤为：a. 将氧化石墨烯加入到三羟甲基氨基甲烷缓冲剂中，配制成浓度为0.0350~0.0450 mol/L的混合溶液；再加入多巴胺，继续搅拌均匀后再加入钼酸钠，继续搅拌均匀；最后加入硫脲；所述的氧化石墨烯、多巴胺、钼酸钠、硫脲的摩尔比为：1: 0.075～0.235: 0.33 : 2.10；b. 将步骤a所得混合溶液在180～240 ℃条件下反应12～24 h；反应完成后，将产物离心分离，并用去离子水和乙醇洗涤，烘干，得到黑色粉末；c. 将上述产品在氮气氛围中600～800 ℃条件下煅烧1～3 h，即得本专利技术制备的MoS2@石墨烯复合纳米材料。

【技术特征摘要】
1.一种MoS2@石墨烯复合纳米材料的制备方法，其特征在于该方法的具体步骤为：a. 将氧化石墨烯加入到三羟甲基氨基甲烷缓冲剂中，配制成浓度为0.0350~0.0450 mol/L的混合溶液；再加入多巴胺，继续搅拌均匀后再加入钼酸钠，继续搅拌均匀；最后加入硫脲；所述的氧化石墨烯、多巴胺、钼酸钠、硫脲的摩尔比为：...

【专利技术属性】
技术研发人员：张海娇，徐来强，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：上海;31