一种二硫化钼/石墨烯复合气凝胶的合成方法技术

本发明专利技术公开的一种二硫化钼/石墨烯复合气凝胶的合成方法，包括以下步骤：将氧化石墨烯、硫源、钼源在溶剂中反应得到以二硫化钼负载石墨烯为分散相的分散液；以及，使所述二硫化钼负载石墨烯形成凝胶化产物，并从分散液中分离出来，通过二硫化钼和少量交联剂的加入充当氧化石墨烯片层之间的骨架结构，缠绕包覆石墨烯片层使其不易发生堆叠，提高了其机械性能，增加了其比表面积，避免了二硫化钼和石墨烯的团聚现象，运用在电催化领域无需负载，分离过程简单，方便实用，且充分发挥了石墨烯的超高导电性。

Synthesis method of molybdenum disulfide / graphene composite aerogels

The invention discloses a synthesis method of molybdenum disulfide / graphene composite aerogel, which comprises the following steps: reaction of graphene oxide, sulfur source and molybdenum source in solvent to obtain disperse liquid with molybdenum disulfide loaded graphene as dispersed phase; and make the molybdenum disulfide loaded graphene form gelation product and separate it from dispersion liquid, and pass through molybdenum disulfide and a small amount of cross section. The addition of coupling agent acts as the framework structure between graphene oxide lamellae, winding and encapsulating graphene lamellae makes it difficult to stack, improves its mechanical properties, increases its specific surface area, avoids the agglomeration of molybdenum disulfide and graphene, and uses it in the field of electrocatalysis without load, the separation process is simple, convenient and practical, and gives full play to the superconductivity of graphene.

【技术实现步骤摘要】
一种二硫化钼/石墨烯复合气凝胶的合成方法
本专利技术涉及纳米复合材料
，具体涉及一种二硫化钼/石墨烯复合气凝胶的合成方法。
技术介绍
氢能是一种清洁的能源，通过光催化和电催化分解水的方法制氢引起了大家广。纳米结构的二硫化钼具有良好的电催化性能，而且储量丰富，被认为是一种具有研究前景的非贵金属电催化剂，然而，二硫化钼的导电性差，催化活性位有限，因此增强二硫化钼的导电性及增加活性位的数量被认为是改善二硫化钼催化析氨氢的有效办法。二硫化钼和石墨烯在形貌和结构上具有类似性，两者形成的复合结构能产生有利于电化学反应的协同效应，使用石墨烯作为二硫化钼的生长基底，是改善二硫化钼电催化剂导电性的其中一种有效途径。在应用于电催化析氢方面，相对于单纯二硫化钼来说二硫化钼/石墨烯复合材料具有增强的电催化析氨性能，包括更低的塔菲尔斜率和析氢反应起始电位。目前，制备二硫化钼/石墨烯复合材料的方法主要包括溶剂热法/水热法和化学气相沉积法（CVD）法，将氧化石墨烯在高温条件下受热还原导致其含氧基团脱除，亲水性降低，疏水性增加，部分还原的石墨烯片层恢复共轭结构，但由于空间位阻的存在，石墨烯片层组装成宏观的三维网状结构，机械强度高但弹性不足易于团聚，不利于电催化领域的应用和发挥石墨烯的超高导电性，且反应条件苛刻，不适合工业化生产。所以，急需一种弹性高且制备方法简单的二硫化钼/石墨烯复合材料。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供一种二硫化钼/石墨烯复合气凝胶的合成方法，产物易得且产率高、弹性大、避免团聚。本专利技术解决的技术方案是，提供一种二硫化钼/石墨烯复合气凝胶的合成方法，包括以下步骤：将氧化石墨烯、硫源、钼源在溶剂中反应得到以二硫化钼负载石墨烯为分散相的分散液；以及，使所述二硫化钼负载石墨烯形成凝胶化产物，并从分散液中分离出来。需要说明的是，本反应的机理为：氧化石墨烯可以在水中形成稳定的胶体分散液，以钼离子作为还原剂，氧化石墨烯和二者形成多重相互作用，使得氧化石墨烯的胶体分散液凝胶化，进而低温下形成三维网络结构。一方面，还原剂的加入使其氧化石墨烯上面的亲水性氧化官能团掉落使它变成疏水性，且石墨烯片层之间的静电斥力也变小，此时这些纳米片就会逐步相互连接而形成具有稳定3D结构的整块石墨烯水凝胶，再通过进一步的冷冻干燥处理过程得到最终的二硫化钼/石墨烯三维多孔材料。另一方面，高价离子多价离子与氧化石墨烯官能团之间的相互作用，破坏分散液的体系平衡，石墨烯片层发生团聚，从而组装成三维结构，而高价的金属离子可以与含氧官能团形成配位键，同样也可以诱导氧化石墨烯形成凝胶形成的凝胶经过冻干之后，即可得到二硫化钼/石墨烯三维多孔材料，交联剂和还原剂在低温条件下发生作用，相互竞争最后形成了复合气凝胶。优选地，还包括使所述二硫化钼负载石墨烯形成凝胶化产物的交联剂。优选地，所述硫源和钼源的摩尔比为2:1。优选地，氧化石墨烯和硫源的的质量比为1:0.5-5。优选地，所述硫源包括硫脲、L-半光氨酸、硫粉。优选地，所述钼源包括钼酸铵、钼酸钠、磷钼酸钠。优选地，所述交联剂包括氨水、乙二胺、丙二胺、丁二胺。优选地，所述溶剂包括离子水、甲醇、乙醇、N-N亚甲基甲酰胺。优选地，所述氧化石墨烯分散到溶剂中的终浓度为2-8mg/mL。优选地，所述交联剂在溶剂中的体积百分比为0.5-2%。与现有技术相比，本专利技术所得的二硫化钼/石墨烯气凝胶为宏观结构而非传统的粉末，运用在电催化领域无需负载，分离过程简单，方便实用；产物结构多孔化，弹性大，密度高，机械强度高；反应避开了两者高温高压的劣势，反应温度低，过程易控制，无污染及适合大规模生产；通过二硫化钼和少量交联剂的加入充当氧化石墨烯片层之间的骨架结构，缠绕包覆石墨烯片层使其不易发生堆叠，增加了其比表面积，避免团聚；产率高，得率为81.3~92.2%。附图说明图1为本专利技术实施例1制备的二硫化钼/石墨烯复合气凝胶的数码照片；图2为本专利技术实施例1制备的石二硫化钼/石墨烯复合气凝胶的扫描电镜照片；图3为本专利技术实施例2制备的二硫化钼/石墨烯复合气凝胶的透射电镜图；图4为本专利技术实施例2制备的二硫化钼/石墨烯复合气凝胶的拉曼谱图；图5、图6为本专利技术实施例3制备的二硫化钼/石墨烯复合气凝胶的析氢和析氧数据。具体实施方式以下是本专利技术的具体实施例并结合附图，对本专利技术的技术方案作进一步的描述，但本专利技术并不限于这些实施例。实施例1称取2mg氧化石墨烯，配制为3mg/ml，体积为10ml的氧化石墨烯水溶液，加入2mgL-半光氨酸和1/2摩尔的钼酸铵，接着向混合溶液中加入0.1ml乙二胺溶液，超声分散待溶液澄清后，在室温下静置12h，产物用去离子水、乙醇各洗涤2次，再将所得产物放入超低温冰箱中-80℃冷冻2小时，然后转入冷冻干燥机中在-80℃干燥24小时，得二硫化钼/石墨烯复合气凝胶4.4mg，产率为89%。实施例1制备的二硫化钼/石墨烯复合气凝胶的数码照片如图1所示。图1可看出，产物为三维网络状气凝胶结构（其高度约为1.7cm，直径1.0cm）；拉曼光谱是表征二硫化钼纳米片和石墨烯的有效技术，其拉曼谱图如图2所示，可以发现由图可以观测到在1590cm-1和2711cm-1出现了石墨烯的G峰和2D峰两个特征峰，而处于1344cm-1附近的石墨烯的D特征峰不明显。D峰和石墨烯的缺陷联系紧密，在本实验中测试得到的D峰明显，说明制备得到的二硫化钼/石墨烯复合气凝胶的缺陷较多。而且在380cm-1和405cm-1附近分别出现了二硫化钼的𝐸2𝑔1和𝐴1𝑔特征峰粉体的𝐸2𝑔1和𝐴1𝑔特征峰，在二硫化钼/石墨烯复合材料上没有发现孤立的二硫化钼颗粒，表明二硫化钼纳米片是很好的负载在石墨烯纳米片上，形成片与片堆积的结构，说明本方法制备二硫化钼/石墨烯复合气凝胶可行。实施例2称取2mg氧化石墨烯，配制为4mg/ml，体积为10ml的氧化石墨烯水溶液，加入1mg硫粉和1/2摩尔的钼酸钠混合，接着向混合溶液中加入0.1ml乙二胺溶液，超声分散待溶液澄清后，在室温下静置12h，产物用去离子水、乙醇各洗涤2次，再将所得产物放入超低温冰箱中-80℃冷冻2小时，然后转入冷冻干燥机中在-80℃干燥24小时，即得二硫化钼/石墨烯复合气凝胶。从图3、图4可看出，复合气凝胶为多孔的结构，比表面积高，密度较高；通过二硫化钼和少量交联剂的加入充当氧化石墨烯片层之间的骨架结构，使产物最终形成气凝胶形态，而非传统的粉末，运用在电催化领域无需负载，分离过程简单，方便实用，其缠绕包覆石墨烯片层使其不易发生堆叠，提高了其机械性能，增加了其比表面积，避免了二硫化钼和石墨烯的团聚现象；单层/少层二硫化钼纳米片堆叠成的二硫化钼/氧化石墨烯复合凝胶拥有层状结构和拓宽的层间距，且层状二硫化钼纳米片在二硫化钼/石墨烯复合气凝胶表面呈不连续分布，运用在电催化领域时，可使电解液更多的和层状二硫化钼纳米片截面接触，为离子的插层-脱层提供更多的通道。实施例3称取2mg氧化石墨烯，配制为2mg/ml，体积为10ml的氧化石墨烯水溶液，加入4mg硫粉和1/2摩尔的钼酸钠混合，接着向混合溶液中加入0.1ml乙二胺溶液，超声分散待溶液澄清后，在室温下静置12h，产物用去离子水、乙醇各洗涤2次，再将所得产物放入超本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种二硫化钼/石墨烯复合气凝胶的合成方法，包括以下步骤：将氧化石墨烯、硫源、钼源在溶剂中反应得到以二硫化钼负载石墨烯为分散相的分散液；以及，使所述二硫化钼负载石墨烯形成凝胶化产物，并从分散液中分离出来。

【技术特征摘要】
1.一种二硫化钼/石墨烯复合气凝胶的合成方法，包括以下步骤：将氧化石墨烯、硫源、钼源在溶剂中反应得到以二硫化钼负载石墨烯为分散相的分散液；以及，使所述二硫化钼负载石墨烯形成凝胶化产物，并从分散液中分离出来。2.根据权利要求1所述的一种二硫化钼/石墨烯复合气凝胶的合成方法，其特征在于，还包括使所述二硫化钼负载石墨烯形成凝胶化产物的交联剂。3.根据权利要求2所述的一种二硫化钼/石墨烯复合气凝胶的合成方法，其特征在于，所述硫源和钼源的摩尔比为2:1。4.根据权利要求1所述的一种二硫化钼/石墨烯复合气凝胶的合成方法，其特征在于，氧化石墨烯和硫源的的质量比为1:0.5-5。5.根据权利要求1所述的一种二硫化钼/石墨烯复合气凝胶的合成方法，其特征在于，所述硫源...

【专利技术属性】
技术研发人员：王建芝，宋悦怡，喻发全，薛亚楠，蔡宁，
申请(专利权)人：武汉工程大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42