二硫化钼/还原性氧化石墨烯/钴纳米粒子复合材料、其制备方法及应用技术

本发明专利技术实施例提供了二硫化钼/还原性氧化石墨烯/钴纳米粒子复合材料、其制备方法及应用，其中二硫化钼/还原性氧化石墨烯/钴纳米粒子复合材料，以还原性氧化石墨烯为基底，二硫化钼纳米片分散于还原性氧化石墨烯基底上，钴纳米粒子分散在还原性氧化石墨烯基底及二硫化钼纳米片上。本发明专利技术提供的二硫化钼/还原性氧化石墨烯/钴纳米粒子复合材料对Li‑O2电池的电池反应有非常好的催化活性，可以作为Li‑O2电池正极催化剂；同时，本发明专利技术提供的制备方法，简单易行，原料廉价易得，具有很好的经济前景。

【技术实现步骤摘要】
二硫化钼/还原性氧化石墨烯/钴纳米粒子复合材料、其制备方法及应用
本专利技术涉及Li-O2电池的正极催化剂制备
，特别是涉及二硫化钼/还原性氧化石墨烯/钴纳米粒子复合材料、其制备方法及应用。
技术介绍
能源危机已经成为目前社会的主要问题之一，寻求一个稳定高效的能源供应以满足人类日益增长的能源需求迫在眉睫。锂离子电池自日本SONY公司将其商品化以来，作为新一代绿色高能电池已普遍应用于各类移动电子设备。近些年来随着锂离子电池在动力设备、电动汽车等领域中的应用扩大化，传统的锂离子电池体系已无法满足人类的需求。Li-O2电池(锂空气电池)具有超高的理论能量密度，有望满足现代动力能源的能量储存需求，因此引起了广泛的研究兴趣。目前Li-O2电池体系按电解液种类划分，主要存在四大电池体系：(1)水体系Li-O2电池；(2)有机体系Li-O2电池；(3)有机-水混合体系Li-O2电池；(4)全固态体系Li-O2电池。其中有机体系Li-O2电池最具有发展前景。尽管Li-O2电池具有大容量特性，但其充放电过程动力学缓慢，不仅降低了电池体系的能量效率，同时限制了电池的使用寿命。研究表明，在正极负载催化剂有助于改进这一问题，降低充放电过程中的过电势，并改善电池的循环性能。贵金属催化剂就是其中的一类，但由于其价格昂贵，资源稀缺，限制了材料得到广泛应用。因此，开发廉价、高效的过渡金属催化剂十分必要。二硫化钼是过渡金属硫化物的一种，为层状材料。近年来的研究发现二硫化钼可作为Li-O2电池的正极催化剂。然而，二硫化钼导电性较差，会限制催化效率。纳米尺寸的过渡金属单质也具有催化活性，如钴(Co)纳米粒子。然而，纳米粒子易团聚，使得催化性能大大降低。
技术实现思路
为解决现有技术的问题，本专利技术实施例提供一种二硫化钼/还原性氧化石墨烯/钴纳米粒子复合材料。同时本专利技术还提供了二硫化钼/还原性氧化石墨烯/钴纳米粒子复合材料的制备方法，及其应用。具体技术方案如下：本专利技术首先提供了一种二硫化钼/还原性氧化石墨烯/钴纳米粒子复合材料，以还原性氧化石墨烯为基底，二硫化钼纳米片分散于还原性氧化石墨烯基底上，钴纳米粒子分散在还原性氧化石墨烯基底及二硫化钼纳米片上。本专利技术还提供了前述的二硫化钼/还原性氧化石墨烯/钴纳米粒子复合材料的制备方法，包括：(1)、将氧化石墨烯分散于水中，得到氧化石墨烯分散液；(2)、将钼源和硫源与氧化石墨烯分散液混合，得到第一反应混合物；(3)、将所述第一反应混合物在180℃-220℃下水热反应18-30小时，反应结束后分离、洗涤，得到二硫化钼/还原性氧化石墨烯复合材料；(4)、将所述二硫化钼/还原性氧化石墨烯复合材料分散于有机溶剂中，得到二硫化钼/还原性氧化石墨烯复合材料分散液；(5)、向所述二硫化钼/还原性氧化石墨烯复合材料分散液中加入钴源及水合肼后，调节pH值为8-10，得到第二反应混合物；(6)、将所述第二反应混合物在70-90℃下反应0.5-3小时，反应结束后分离、洗涤，得到二硫化钼/还原性氧化石墨烯/钴纳米粒子复合材料。在本专利技术的一些实施方式中，硫源和钼源的摩尔比为(2.5-10)：1；钼源的摩尔数与氧化石墨质量的比例为(0.033-0.1):1mol/g。在本专利技术的一些实施方式中，所述钼源选自钼酸钠、钼酸铵中的一种或其组合。在本专利技术的一些实施方式中，所述硫源选自硫脲、硫代乙酰胺中的一种或其组合。在本专利技术的一些实施方式中，所述钴源选自硫酸钴、硝酸钴、氯化钴中的一种或其组合。在本专利技术的一些实施方式中，钴源的摩尔数与二硫化钼/还原性氧化石墨烯复合材料的质量的比例为(0.004-0.008)：1mol/g。在本专利技术的一些实施方式中，水合肼的体积与二硫化钼/还原性氧化石墨烯复合材料的质量的比例为(0.02-0.03)：1mL/mg。在本专利技术的一些实施方式中，所述有机溶剂为乙二醇、乙醇中的一种或其组合。本专利技术还提供了前述的二硫化钼/还原性氧化石墨烯/钴纳米粒子复合材料作为Li-O2电池正极催化剂的用途。本专利技术提供的二硫化钼/还原性氧化石墨烯/钴纳米粒子复合材料,以还原性氧化石墨烯为基底，将二硫化钼和钴纳米粒子与还原性氧化石墨烯进行复合，由于还原性氧化石墨烯具有较高的导电性、大的比表面积、柔韧性和化学稳定性等优点，一方面可增加材料本身的导电性，另一方面可减少纳米颗粒的团聚，充分暴露二硫化钼纳米片和钴纳米粒子的活性位点，从而提高材料的催化活性。因此，本专利技术提供的二硫化钼/还原性氧化石墨烯/钴纳米粒子复合材料对Li-O2电池的电池反应有非常好的活性，可以作为Li-O2电池正极催化剂；同时，本专利技术提供的制备方法，简单易行，原料廉价易得，具有很好的经济前景。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为GO(a)、实施1制备的MoS2-rGO(b)及MoS2-rGO-Co(c)的XRD图，单位：nm；图2为GO的全谱(a)和C1s谱图(b)；图3为实施例1制备的MoS2-rGO及MoS2-rGO-Co的XPS谱图，其中，图3中(a)-(c)依次表示MoS2-rGO的Mo3d谱图、S2p谱图及C1s谱图；(e)-(h)依次表示MoS2-rGO-Co的Mo3d谱图、S2p谱图、C1s谱图及Co2p谱图；(d)为MoS2-rGO(i)及MoS2-rGO-Co(ii)的全谱；图4为实施例1制备的MoS2-rGO(a)及MoS2-rGO-Co(b)的SEM照片；图5为MoS2-rGO-Co的SEM照片及相应的Mo、S、C和Co元素分布图；图6表示实施例1制备的MoS2-rGO-Co的性能测试结果，其中(a)为MoS2-rGO-Co和KB的首次恒流充放电全循环曲线，Li/Li+表示参比电极；(b)为MoS2-rGO-Co和KB的电极放电比容量随循环次数的变化图。具体实施方式由于还原性氧化石墨烯具有较高的导电性、大的比表面积、柔韧性和化学稳定性等优点，专利技术人设计将二硫化钼纳米片和钴纳米粒子与还原性氧化石墨烯复合在一起，一方面可增加复合材料的导电性，解决了二硫化钼纳米片导电性差的问题，另一方面可减少纳米颗粒的团聚，充分暴露二硫化钼纳米片和钴纳米粒子的活性位点，从而提高复合材料的催化活性。基于此，本专利技术提供了一种二硫化钼/还原性氧化石墨烯/钴纳米粒子复合材料，其以还原性氧化石墨烯为基底，二硫化钼纳米片分散于还原性氧化石墨烯基底上，钴纳米粒子覆盖在还原性氧化石墨烯基底及二硫化钼纳米片上。专利技术人发现，本专利技术制备的二硫化钼/还原性氧化石墨烯/钴纳米粒子复合材料具有Li-O2电池正极催化剂的作用，基于此，本专利技术制备的二硫化钼/还原性氧化石墨烯/钴纳米粒子复合材料具有作为Li-O2电池正极催化剂的用途。但是本领域技术人员均知，纳米粒子较容易团聚，难以控制其大小和分散性。且在硫源存在下，钴单质极易与硫元素结合生成硫化钴，从而得不到钴单质。专利技术人通过大量实验，设计将水热反应与化学还原反应相结合，先通过水热反应实现二硫化钼与还原性氧化石墨烯本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.二硫化钼/还原性氧化石墨烯/钴纳米粒子复合材料，其特征在于，以还原性氧化石墨烯为基底，二硫化钼纳米片分散于还原性氧化石墨烯基底上，钴纳米粒子分散在还原性氧化石墨烯基底及二硫化钼纳米片上。

【技术特征摘要】
1.二硫化钼/还原性氧化石墨烯/钴纳米粒子复合材料，其特征在于，以还原性氧化石墨烯为基底，二硫化钼纳米片分散于还原性氧化石墨烯基底上，钴纳米粒子分散在还原性氧化石墨烯基底及二硫化钼纳米片上。2.权利要求1所述的二硫化钼/还原性氧化石墨烯/钴纳米粒子复合材料的制备方法，其特征在于，包括：(1)、将氧化石墨烯分散于水中，得到氧化石墨烯分散液；(2)、将钼源和硫源与氧化石墨烯分散液混合，得到第一反应混合物；(3)、将所述第一反应混合物在180℃-220℃下水热反应18-30小时，反应结束后分离、洗涤，得到二硫化钼/还原性氧化石墨烯复合材料；(4)、将所述二硫化钼/还原性氧化石墨烯复合材料分散于有机溶剂中，得到二硫化钼/还原性氧化石墨烯复合材料分散液；(5)、向所述二硫化钼/还原性氧化石墨烯复合材料分散液中加入钴源及水合肼后，调节pH值为8-10，得到第二反应混合物；(6)、将所述第二反应混合物在70-90℃下反应0.5-3小时，反应结束后分离、洗涤，得到二硫化钼/还原性氧化石墨烯/钴纳米粒子复合材料。3....

【专利技术属性】
技术研发人员：马淑兰，刘晨昱，李建，梁足培，孙根班，
申请(专利权)人：北京师范大学，潍坊学院，
类型：发明
国别省市：北京,11