一种碳包覆MoSe2/石墨烯电纺纳米纤维及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种静电纺丝制备碳包覆MoSe2/石墨烯纳米纤维及其制备方法。所述纳米纤维由包覆碳、MoSe2、石墨烯组成。其制备方法为：将水溶性钼盐和高聚物溶于去离子水和乙二醇混合溶液中，加热直到形成稳定透明溶胶，将石墨烯加入钼盐溶液形成电纺溶液；对所得电纺溶液进行静电纺丝，得到杂化纤维；接着在500‑800℃，将步骤二所得杂化纤维和零价硒粉在管式炉中进行真空烧结，得到碳包覆MoSe2/石墨烯纳米纤维材料。纤维形貌及长度均匀，MoSe2晶体均匀分布在纤维内，被无定型碳包覆；石墨烯作为导电网络均匀分布于纤维内。本发明专利技术原料易得，制备工艺简单、可控反应条件温和，所得成品具有较高的比表面积，优异的导电性和结构稳定性，可作为一种理想的锂/钠离子电池负极材料以及高性能电催化材料。

Carbon coated MoSe2/ graphene nano fiber and preparation method thereof

The invention relates to an electrostatic spinning preparation of carbon encapsulated MoSe2/ graphene nanofiber and a preparation method thereof. The nanofiber consists of coated carbon, MoSe2 and graphene. The preparation method is as follows: the water soluble molybdenum salt and polymer is dissolved in deionized water and ethylene glycol in the mixed solution, heating until the formation of a stable and transparent sol, adding graphene molybdenum salt solution formed by electrospinning electrospinning solution; the electrospinning solution, to obtain hybrid fiber; then in the 500 800 C that will be obtained in step two hybrid fibers and zero valent selenium by vacuum sintering in a tube furnace, carbon coated MoSe2/ graphene nano fiber material. The fiber morphology and length are uniform, and the MoSe2 crystal distributes uniformly in the fiber and is coated with amorphous carbon. Graphene is used as a conductive network to distribute uniformly in the fiber. The present invention easily obtained raw materials, simple preparation process, controllable mild reaction conditions, the product has high surface area, conductivity and excellent structural stability, can be used as an ideal cathode material of lithium / sodium ion batteries and high performance catalytic materials.

【技术实现步骤摘要】
一种碳包覆MoSe2/石墨烯电纺纳米纤维及其制备方法
本专利技术涉及纳米材料领域，具体涉及一种静电纺丝制备碳包覆MoSe2/石墨烯纳米纤维及其制备方法。
技术介绍
目前全球面临着从全球变暖，能源危机带来的严重的压力，可充电电池作为化石燃料的替代能源存储设备吸引了巨大的注意力，如锂离子电池和钠离子电池。虽然锂离子电池已经取得了商业上的成功，但锂元素的稀缺性及其高成本难以满足未来发展的需求。由于地壳中钠的含量高，成本低，和类似的工作机制被认为是下一代的充电电池。然而，更大的钠离子半径Na+与Li+(0.102vs0.076nm)可能会导致大的体积膨胀效应和较差的动力学性能，导致钠电池的循环稳定和倍率性能均不理想。层状的过渡金属硫族化合物由于其独特的物理化学性质和新颖的结构，受到人们的广泛关注和深入研究。其中MoSe2材料是一种典型的过渡金属硒化物，类石墨烯结构具有非常大的层间距，可以促进Na+的快速嵌入和脱嵌，得到很好的储钠性能。目前国内外对MoSe2作为钠电池负极材料已经有了少许研究。合肥工业大学材料科学与工程学院YangJiang课题组通过理论计算得出MoSe2材料的理论放电比容量是422.28mAhg-1，理论上具有很好的储钠性能。通过热分解过程制备出MoSe2纳米片，电极材料在0.1-3V的电压范围0.1C的电流密度下初始放电比容量达到513mAhg-1,但是有着较差的循环稳定性。韩国高丽大学材料科学与工程学院YunChanKang等人对MoO3微球直接硒化制备出核壳结构的MoSe2微球，由许多薄层MoSe2纳米片聚集而成，具有丰富的空隙和比表面积。电极材料在0.001-3V的电压范围0.2Ag-1的电流密度下初始放电比容量达到527mAhg-1,50圈循环后保持了433mAhg-1的容量(容量保持率仅为82.163％)。中南大学冶金与环境学院ZhianZhang团队采用水热法制备了MoSe2/rGO复合材料，MoSe2生长固定在还原氧化石墨烯(rGO)片层上。西安交通大学材料力学行为国家重点实验室YapingDu团队通过溶剂热法合成了MoSe2长在碳布上的复合材料。MoSe2纳米片厚度20nm，均匀的生长在碳布表面。在0.2Ag-1的电流密度下，100圈循环后保持了452.6mAhg-1容量，容量保持率为85.5％。大连理工大学化学工程学院ZongbinZhao课题组通过溶剂热法先合成油酸官能化的MoSe2材料，再加入多巴胺，在其聚合过程中会通过酰胺化作用与油酸反应，煅烧后就可以得到碳插层MoSe2纳米片。该材料在5Ag-1的大电流密度下仍有367mAhg-1的容量，1Ag-1下仍维持445mAhg-1的容量循环100圈。已有的MoSe2材料制备方法多为水热法，形貌多是微球或是三维结构，比表面积过大会造成过多的SEI膜的形成，造成容量的损失。一维材料的结构具有更好的均匀性，对应力变化具有极强的抵抗能力，定向的电子/离子传输通道可以高效的传输钠离子和电子。这方面的研究比较少。虽然有些课题组通过掺杂石墨烯来提高材料的导电性，但是他们的石墨烯只是简单地掺杂，并没有很好地分散开来，造成石墨烯的团聚，从而影响电化学性能。目前关于MoSe2纳米纤维的制备少见报道，因此，发展一种MoSe2纳米纤维及其简单有效的制备方法就显得尤为重要。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种碳包覆MoSe2/石墨烯电纺纳米纤维及其制备方法。本专利技术一种碳包覆MoSe2/石墨烯电纺纳米纤维；所述碳包覆MoSe2/石墨烯电纺纳米纤维由包覆碳、MoSe2、石墨烯组成，其中包覆碳与MoSe2的质量比为15-40:85-60；按每100g碳包覆MoSe2/石墨烯电纺纳米纤维计，在100g碳包覆MoSe2/石墨烯电纺纳米纤维中，石墨烯的含量为0.2-1g；所述MoSe2以晶体状均匀分布纤维内，且被包覆碳包覆；所述石墨烯作为导电网络贯穿或镶嵌于包覆碳内。所述碳包覆MoSe2/石墨烯电纺纳米纤维的直径200到300nm，长径比大于10000。作为优选方案，定义纳米纤维包覆碳与MoSe2的总质量为100份，则包覆碳质量为15-40份，MoSe2的质量为85-60份。本专利技术所设计的碳包覆MoSe2/石墨烯电纺纳米纤维中，硒化钼晶体均匀的分散在碳纤维内部，被高聚物碳化后生成的无定型碳包裹着，从而有效的抑制了充放电过程中硒化钼的体积膨胀；石墨烯没有团聚成块，很好的与碳纤维主体无定型碳混合分布，形成导电网络。本专利技术所设计的碳包覆MoSe2/石墨烯电纺纳米纤维中，纤维材料直径200到300nm，形貌均匀；长径比大于10000。从理论上来讲，本专利技术所设计的工艺中，所得产品的长度可以根据实际需求进行制备和调整。本专利技术一种碳包覆MoSe2/石墨烯电纺纳米纤维；所述包覆碳为高聚物碳化后的无定型碳。本专利技术一种碳包覆MoSe2/石墨烯电纺纳米纤维的制备方法，包括下述步骤：步骤一将水溶性钼盐和高聚物溶于溶剂中，加热直到形成稳定透明溶胶，将经分散均匀的石墨烯溶液加入钼盐溶液形成电纺溶液；所述溶剂由乙二醇和去离子水组成；所述电纺溶液中，乙二醇和去离子水的体积比为0.5-2:5；步骤二对步骤一所得电纺溶液，进行静电纺丝，得到杂化纤维；步骤三在500-800℃，将步骤二所得杂化纤维和零价硒进行加热，得到碳包覆MoSe2/石墨烯纳米纤维材料。本专利技术一种碳包覆MoSe2/石墨烯电纺纳米纤维的制备方法，所述电纺溶液中，石墨烯的浓度范围为0.001-2mg/mL,优选为0.5-1mg/mL；乙二醇与去离子水的体积比为0.5-2:5，优选为1-1.5:5、进一步优选为1:5；所述电纺溶液中Mo的浓度为0-1mol/L、优选为0.1-0.6mol/L、进一步优选为0.3-0.5mol/L。本专利技术一种碳包覆MoSe2/石墨烯电纺纳米纤维的制备方法，所述水溶性钼盐选自钼酸铵、钼酸钠中的至少一种。本专利技术一种碳包覆MoSe2/石墨烯电纺纳米纤维的制备方法，所述高聚物选自聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚乙烯醇(PVA)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)中的至少一种。作为优选方案，本专利技术一种碳包覆MoSe2/石墨烯电纺纳米纤维的制备方法，高聚物溶于去离子水中，得到质量百分浓度为8-12％的液体。所述高聚物优选为聚乙烯吡咯烷酮(PVP)。作为优选方案，本专利技术一种碳包覆MoSe2/石墨烯电纺纳米纤维的制备方法，步骤一中所述的石墨烯溶液中，石墨烯的浓度为0.5-1mg/mL。应用时，水溶性钼盐和高聚物溶于去离子和乙二醇混合溶液中，60℃水浴加热直到形成稳定透明溶胶，将经过高速分散的石墨烯溶液加入钼盐溶液形成电纺溶液，同时优选控制电纺溶液中，去离子水与乙二醇的体积比为5:1。作为优选方案，本专利技术一种碳包覆MoSe2/石墨烯电纺纳米纤维的制备方法，步骤二中，将电纺溶液置入针筒，然后用静电纺丝法制备出杂化纤维；静电纺丝时，电压为25-30KV，针头距收集板距离10-30cm，推进速度为0.1-0.5mL/h。作为优选方案，本专利技术一种碳包覆MoSe2/石墨烯电纺纳米纤维的制备方法，步骤三中，对步骤二所得杂化纤维进行干燥处理后与硒粉一起置于真空烧结内，于500-800℃、优选为600-700℃、进一步优选为640-66本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳包覆MoSe2/石墨烯电纺纳米纤维；其特征在于：所述碳包覆MoSe2/石墨烯电纺纳米纤维由包覆碳、MoSe2、石墨烯组成，其中包覆碳与MoSe2的质量比为15‑40:85‑60；按每100g碳包覆MoSe2/石墨烯电纺纳米纤维计，在100g碳包覆MoSe2/石墨烯电纺纳米纤维中，石墨烯的含量为0.2‑1g；所述MoSe2以晶体状均匀分布纤维内，且被包覆碳包覆；所述石墨烯作为导电网络贯穿或镶嵌于包覆碳内；所述碳包覆MoSe2/石墨烯电纺纳米纤维的直径200到300nm，长径比大于10000。

【技术特征摘要】
1.一种碳包覆MoSe2/石墨烯电纺纳米纤维；其特征在于：所述碳包覆MoSe2/石墨烯电纺纳米纤维由包覆碳、MoSe2、石墨烯组成，其中包覆碳与MoSe2的质量比为15-40:85-60；按每100g碳包覆MoSe2/石墨烯电纺纳米纤维计，在100g碳包覆MoSe2/石墨烯电纺纳米纤维中，石墨烯的含量为0.2-1g；所述MoSe2以晶体状均匀分布纤维内，且被包覆碳包覆；所述石墨烯作为导电网络贯穿或镶嵌于包覆碳内；所述碳包覆MoSe2/石墨烯电纺纳米纤维的直径200到300nm，长径比大于10000。2.一种制备如权利要求1所述的碳包覆MoSe2/石墨烯电纺纳米纤维的方法，其特征在于；包括下述步骤：步骤一将水溶性钼盐和高聚物溶于溶剂中，加热直到形成稳定透明溶胶，将经分散均匀的石墨烯溶液加入钼盐溶液形成电纺溶液；所述溶剂由乙二醇和去离子水组成；所述电纺溶液中，乙二醇和去离子水的体积比为0.5-2:5；步骤二对步骤一所得电纺溶液，进行静电纺丝，得到杂化纤维；步骤三在500-800℃，将步骤二所得杂化纤维和零价硒在管式炉中进行真空烧结，得到碳包覆MoSe2/石墨烯纳米纤维材料。3.根据权利要求2所述的一种碳包覆MoSe2/石墨烯电纺纳米纤维的制备方法，其特征在于：所述电纺溶液中，石墨烯的浓度范围为0.01-2mg/mL；乙二醇与去离子水的体积比为0.5-2:5；所述电纺溶液中Mo的浓度为0-1mol/L。4.根据权利要求2所述的一种碳包覆MoS...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈立宝，崔超，周钢，韦伟峰，李成超，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43