一种二硫化钼/氮掺杂碳复合材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种二硫化钼/氮掺杂碳复合材料及其制备方法与应用，所述二硫化钼/氮掺杂碳复合材料的制备方法，包括如下步骤：S1.制备酸性半乳糖胺溶液；S2.向半乳糖胺溶液中加入钼源和硫源，得到混合溶液；所述半乳糖胺与钼源中钼原子的摩尔比为（1.4~14.3）∶1；S3.将混合溶液进行水热反应，经后处理，得到固体产物；S4.将固体产物在惰性氛围中热处理，得到二硫化钼/氮掺杂碳复合材料。本发明专利技术提供的二硫化钼/氮掺杂碳复合材料的制备方法是以半乳糖胺为碳源和氮源，结合水热法和热处理技术。由该制备方法制得的二硫化钼/氮掺杂碳复合材料提高了二硫化钼的导电性和结构稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种二硫化钼/氮掺杂碳复合材料及其制备方法与应用
本专利技术涉及微纳米复合材料领域，更具体地，涉及一种二硫化钼/氮掺杂碳复合材料及其制备方法与应用。
技术介绍
当代社会，能源问题无疑已经成为全球重大问题之一，引起了广泛的关注，寻找新型材料能够在能量储存和使用方面有特别的效果已经成为科学工作者的重要任务之一。对于锂离子电池负极材料方面的研究，石墨类碳材料由于其良好的循环稳定性，理想的充放电平台和目前最高的性价比，仍是未来一段时间内锂离子电池的首选负极材料。但碳材料的充放电比容量较低，体积比容量更是没有优势，因此需要开发新型负极材料，来满足对电池高容量化的要求。在新型非碳负极材料中，二硫化钼是类石墨的层状材料，在电化学领域中具有较大的应用潜力。研究表明，将二硫化钼用作锂离子电池的负极材料，理论比容量可达800mAh/g，并且相比于石墨材料，二硫化钼的循环稳定性能更好。但二硫化钼属于半导体材料，自身导电性能欠佳。因此，需要制备一种导电性更强、结构更稳定的含二硫化钼的复合材料。
技术实现思路
本专利技术为克服上述现有技术中所述二硫化钼的导电性差、结构不稳定的缺陷，提供一种二硫化钼/氮掺杂碳复合材料的制备方法，由该制备方法制得的二硫化钼/氮掺杂碳复合材料使得二硫化钼的导电性更强，结构更稳定。本专利技术的另一目的在于提供上述方法所制备的二硫化钼/氮掺杂碳复合材料。本专利技术的还一目的在于提供上述二硫化钼/氮掺杂碳复合材料在二次电池电极材料、超级电容器电极材料或电催化剂中的应用。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种二硫化钼/氮掺杂碳复合材料的制备方法，包括如下步骤：S1.制备酸性半乳糖胺溶液；S2.向半乳糖胺溶液中加入钼源和硫源，得到混合溶液；所述半乳糖胺与钼源中钼原子的摩尔比为（1.4~14.3）∶1；S3.将混合溶液进行水热反应，经后处理，得到固体产物；S4.将固体产物在惰性氛围中热处理，得到二硫化钼/氮掺杂碳复合材料。本专利技术提供的二硫化钼/氮掺杂碳复合材料是以半乳糖胺为碳源和氮源，采用水热法和热处理技术制备得到。在酸性条件下，半乳糖胺经质子化后在溶液中电离出带正电的半乳糖胺离子，与钼源中的阴离子（如钼酸根离子或硫代钼酸根离子）存在强烈的静电吸引作用。这为两种组分的复合提供了条件。在水热反应中，钼源中带负电的阴离子与硫源分解释放出的硫化氢反应生成二硫化钼纳米片，同时半乳糖胺水解形成含氮的无定形碳质材料。于是，二硫化钼纳米片包覆在含氮无定形碳上，这两种同步进行的反应可以保证两种组分结合在一起形成复合材料。在随后的热处理过程中，含氮碳质材料会形成氮掺杂的碳，氮的掺杂将极大地改善了碳材料的电化学性质。二硫化钼电极材料与高导电的氮掺杂碳材料复合，提高了二硫化钼纳米片的导电性，包括循环稳定性、容量性质及倍率性能，而且使二硫化钼纳米片具有更好的结构稳定性。优选地，步骤S2.中所述半乳糖胺与钼源中钼原子的摩尔比为（5.7~11.4）∶1。更优选地，步骤S2.中所述半乳糖胺与钼源中钼原子的摩尔比为8.6∶1。碳材料具有较好的导电性和稳定性，但容量低。半乳糖胺水解形成碳，如果半乳糖胺浓度太低，形成碳的量较少，不能完全包覆二硫化钼，使得二硫化钼/氮掺杂碳复合材料的导电性低、容易粉化；如果半乳糖胺浓度太高，形成碳的量较多，则会影响二硫化钼/氮掺杂碳复合材料的效果，使其整体容量较低。优选地，步骤S2.中所述硫源与钼源中钼原子的摩尔比为（4~6）∶1。更优选地，步骤S2.中所述硫源与钼源中钼原子的摩尔比为5∶1。优选地，步骤S1.中所述半乳糖胺的浓度为0.1~0.4mol/L。更优选地，步骤S1.中所述半乳糖胺的浓度为0.22mol/L。优选地，步骤S2.中所述钼源为钼酸盐或硫代钼酸盐。更优选地，步骤S2.中所述钼源为钼酸铵、钼酸钠或硫代钼酸铵。进一步优选地，步骤S2.中所述钼源为钼酸铵。优选地，步骤S2.中所述钼酸铵的浓度为0.003~0.006mol/L。更优选地，步骤S2.中所述钼酸铵的浓度为0.004mol/L。优选地，步骤S2.中所述硫源为硫脲或硫化钠。更优选地，步骤S2.中所述硫源为硫脲。优选地，步骤S1.中所述酸性的pH值为3~6。更优选地，步骤S1.中所述酸性的pH值为4。半乳糖胺在弱酸性条件更容易电离成阳离子，静电吸引能力更强。调节溶液的pH在3~6之间，二硫化钼更容易形成且含量更高。优选地，步骤S1.中所述酸性是使用浓盐酸调节。优选地，步骤S3.中所述水热反应的温度为200~220℃。更优选地，步骤S3.中所述水热反应的温度为220℃。优选地，步骤S3.中所述水热反应的时间为20~24小时。更优选地，步骤S3.中所述水热反应的时间为24小时。优选地，步骤S3.中所述后处理为冷却、漂洗、分离、干燥。优选地，步骤S3.中所述冷却为自然冷却。优选地，步骤S3.中所述漂洗是用水和无水乙醇。更优选地，步骤S3.中所述漂洗是用水和无水乙醇分别漂洗三次。优选地，步骤S3.中所述分离为离心分离。优选地，步骤S3.中所述干燥为真空干燥。优选地，步骤S3.中所述干燥的温度为60~100℃。更优选地，步骤S3.中所述干燥的温度为60℃。优选地，步骤S4.中所述热处理的温度为600~800℃。更优选地，步骤S4.中所述热处理的温度为800℃。优选地，步骤S4.中所述热处理的时间为2~4小时。更优选地，步骤S4.中所述热处理的时间为2小时。优选地，步骤S4.中所述惰性氛围为氩气氛围、氮气氛围或氦气氛围。更优选地，步骤S4.中所述惰性氛围为氩气氛围。上述二硫化钼/氮掺杂碳复合材料的制备方法的具体步骤如下：（1）将半乳糖胺在搅拌下溶于去离子水中形成澄清溶液，半乳糖胺的摩尔浓度为0.1~0.4mol/L，加入少量浓盐酸调节溶液pH值为3~6，使半乳糖胺质子化；（2）在搅拌下加入钼酸铵，钼酸铵的摩尔浓度为0.003~0.006mol/L；半乳糖胺与钼酸铵的摩尔比为（10~100）∶1之间。（3）在搅拌下加入硫脲，硫脲与钼酸铵的摩尔比为（28~42）∶1之间；（4）将步骤（3）得到的溶液转移到反应釜中，200~220℃水热条件下加热24小时，然后自然冷却，将所得黑色沉淀用去离子水和无水乙醇分别漂洗三遍，离心分离并于60℃真空干燥得到产品。（5）将得到的水热固体产物在氩气气氛中于800℃下热处理2~4小时。最后制备得到二硫化钼/氮掺杂碳复合材料。本专利技术同时保护上述制备方法制得的二硫化钼/氮掺杂碳复合材料。本专利技术还保护上述二硫化钼/氮掺杂碳复合材料在二次电池电极材料、超级电容器电极材料或电催化剂中的应用。本专利技术还保护上述二硫化钼/氮掺杂碳复合材料在锂离子或钠离子电池的负极材料中的应用。二硫化钼/氮掺杂碳复合材料可以作为二次电池的负极材料，例如锂、钠离子电池的负极材料。二硫化钼/氮掺杂碳复合材料也可以作为超级电容器的负极材料。二硫化钼/氮掺杂碳复合材料还可以在电催化中作为催化剂。本专利技术还保护一种电极，所述电极的活性物质为上述的二硫化钼/氮掺杂碳复合材料。本专利技术提供的二硫化钼/氮掺杂碳复合材料可以作为电极的电化学储钠活性物质。本专利技术还保护上述电极的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：M1.将上述的二硫化钼/氮掺杂碳复合材料、乙炔黑、聚偏氟乙烯的N-甲基吡本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种二硫化钼/氮掺杂碳复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1. 制备酸性半乳糖胺溶液；S2. 向半乳糖胺溶液中加入钼源和硫源，得到混合溶液；所述半乳糖胺与钼源中钼原子的摩尔比为（1.4~14.3）∶1；S3. 将混合溶液进行水热反应，经后处理，得到固体产物；S4. 将固体产物在惰性氛围中热处理，得到二硫化钼/氮掺杂碳复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种二硫化钼/氮掺杂碳复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1.制备酸性半乳糖胺溶液；S2.向半乳糖胺溶液中加入钼源和硫源，得到混合溶液；所述半乳糖胺与钼源中钼原子的摩尔比为（1.4~14.3）∶1；S3.将混合溶液进行水热反应，经后处理，得到固体产物；S4.将固体产物在惰性氛围中热处理，得到二硫化钼/氮掺杂碳复合材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述半乳糖胺与钼源中钼原子的摩尔比为（5.7~11.4）∶1。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述半乳糖胺与钼源中钼原子的摩尔比为8.6∶1。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述硫源与钼源中钼原子的摩尔比为（4~6）∶1。5...

【专利技术属性】
技术研发人员：马琳，许丽梅，周晓平，唐晓山，凌妍，
申请(专利权)人：岭南师范学院，
类型：发明
国别省市：广东,44