一种聚丙烯酸钠协助制备二硫化钼花球的方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种聚丙烯酸钠协助制备二硫化钼花球的方法及应用。该方法将钼源溶于聚丙烯酸钠溶液中，加入硫源进行混合，在密闭环境下于200℃～240℃下水热反应10～24h，即可得到二硫化钼花球；其中，所述聚丙烯酸钠溶液的浓度为0.005～0.01g/mL。该方法应用聚丙烯酸钠作为形貌调节剂，可对二硫化钼花球的尺寸和形貌进行控制，制备得到的二硫化钼花球具有三维等级多孔结构，比表面积大，形貌均匀，分散性好，且制备工艺简单、原料成本低廉、产率高，在锂离子电池电极材料、超级电容器和光电催化剂等领域具有广泛的应用前景。

A Method for Preparing Molybdenum Disulfide Spheres with the Assistance of Sodium Polyacrylate and Its Application

【技术实现步骤摘要】
一种聚丙烯酸钠协助制备二硫化钼花球的方法及应用
本专利技术属于无机微纳米材料制备领域，更具体地，涉及一种聚丙烯酸钠协助制备二硫化钼花球的方法及应用。
技术介绍
随着社会、经济和文化的发展，能源问题越来越成为人们普遍关注的话题，特别是能源短缺、环境污染与人们对能源日益增加的需求之间的矛盾越来越深。寻找和开发新型高效清洁能源，已成为人类任务的重中之重。被广泛应用的二次电池锂离子电池，以其自身无可比拟的优点，诸如体积小、容量大、寿命长、无记忆效应、安全无污染，备受世界各国广大研究者的关注。锂离子电池的性能一再提升，越来越多的传统电池将被取代。在可移动便携式产品方面、以及电动汽车(EV)、混动汽车(HEV)等动力电池方面对锂离子电池的需求日益增加。石墨类材料导电性好、结晶度高，有稳定的充放电平台，是目前商业化程度最高的锂离子电池负极材料。然而，由于石墨类材料的循环效率偏低、电压随容量的变化大、缺少平稳的放电平台，硬碳作为锂离子电池负极材料的应用一直受限制。近年来，层状过渡金属二硫化钼微纳米结构的合成及其电化学性能研究，得到了人们的广泛关注。二硫化钼(MoS2)具有类似于石墨的层状结构，由于各向异性的结构特点，MoS2易形成二维结构的纳米片。由于散乱的纳米片在使用时易发生堆积或叠合，导致其可利用的比表面积大幅减小。研究表明，将MoS2纳米片按一定方式组成三维花状多孔结构，不仅具有更大的比表面积，更多离子传递的通道，而且也具有更好的结构稳定性。现有专利CN109081377A公开了一种三维二硫化钼花球阵列及其制备方法和应用，该专利是利用钛丝网作为MoS2生长的载体，形成结构稳定、比表面积大的三维二硫化钼花球阵列。但是，该专利为了得到三维结构，在制备时采用钛丝网为载体和硬模板，制备得到的实际上是二硫化钼花球与金属钛的复合材料，需要去除钛网才能获得纯相的二硫化钼花球；因此，其制备方法复杂，钛网材料成本较高，不利于大规模生产使用。聚丙烯酸钠是一种新型功能高分子材料和水溶性直链高分子聚合物，价廉易得，具有亲水和疏水基团，易溶解于水、甘油、丙二醇等介质中，对温度变化稳定，具有固定金属离子的作用，是一种具有多种特殊性能的表面活性剂；而且其在用于制备化合物时，只需通过水洗就能去除。目前，采用聚丙烯酸钠作为软模板和形貌调节剂，制备具有三维等级多孔结构的二硫化钼花球的研究还未见报道。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术中制备得到的二硫化钼往往易凝聚，尺寸和形貌难以控制，且采用硬模板作为二硫化钼的结构调节剂时的制备方法复杂，原料成本高的缺点和不足，提供一种聚丙烯酸钠协助制备二硫化钼花球的方法及应用。本专利技术提供的方法可在较低的温度和较短的时间内，采用较为简单的工艺和廉价易得的原料，快速大量制备得到比表面积大、三维等级多孔结构的二硫化钼花球。本专利技术的第一个目的是提供一种聚丙烯酸钠协助制备二硫化钼花球的方法。本专利技术的第二个目的是提供上述方法制备得到的二硫化钼花球。本专利技术的第三个目的是提供上述二硫化钼花球在作为和/或制备锂离子电池电极材料、超级电容器或光电催化剂中的应用。本专利技术上述目的通过以下技术方案实现：本专利技术提供了一种聚丙烯酸钠协助制备二硫化钼花球的方法，将钼源溶于聚丙烯酸钠溶液中，加入硫源进行混合，在密闭环境下于200℃～240℃下水热反应10～24h，即可得到二硫化钼花球；其中，所述聚丙烯酸钠溶液的浓度为0.005～0.01g/mL。本专利技术在制备二硫化钼花球的过程中，聚丙烯酸钠溶液带有负电，七钼酸根(或钼酸根)离子也带有负电，两者不会发生反应，这就避免了水热反应前沉淀物的产生，有利于产物的形貌规则和均一；当水热反应进行时，硫脲或硫代乙酰胺分解释放出硫化氢，与七钼酸根或钼酸根离子反应，将其硫化并还原成二硫化钼；聚丙烯酸钠在溶液中会形成网络结构，不仅阻止了新生成的二硫化钼纳米片的团聚，而且诱导这些纳米片按一定方式进行组装形成花球。专利技术人经过大量的研究，发现在上述聚丙烯酸钠溶液的浓度范围内，可确保最终得到的产物为比表面积大、三维等级多孔结构的二硫化钼花球；当聚丙烯酸钠溶液的浓度过低时，制备得到的产物为团聚的二硫化钼纳米片；当聚丙烯酸钠溶液的浓度过高时，会导致溶液粘度过高，使得反应过程中，各组分扩散传质很困难，不能充分反应并且产物形貌不均一，团聚现象严重，导致有效表面积下降。优选地，所述聚丙烯酸钠溶液的浓度为0.007～0.009g/mL。更优选地，所述聚丙烯酸钠溶液的浓度为0.008g/mL。优选地，所述硫源中硫离子和钼源中钼酸根离子的摩尔比为28～42：1。在上述硫源和钼源中钼酸根离子的摩尔比的范围内，能保证硫化和钼的充分还原，使得最终产物为二硫化钼，避免了多余的钼产生氧化钼等副产物，保证了原料的充分利用。更优选地，所述硫源中硫离子和钼源中钼酸根离子的摩尔比为33～38：1。更进一步优选地，所述硫源中硫离子和钼源中钼酸根离子的摩尔比为35：1。优选地，所述钼源中钼酸根离子的摩尔浓度为0.002～0.012mol/L。在上述钼酸根离子的摩尔浓度范围内，能保证钼源的供应，且使得制备得到的二硫化钼花球的形貌更加均匀。更优选地，所述钼源中钼酸根离子的摩尔浓度为0.007mol/L。优选地，所述钼源为七钼酸铵、钼酸钠或钼酸钾中的任意一种或几种。优选地，所述硫源为硫脲和/或硫代乙酰胺。优选地，所述水热反应的温度为210℃～220℃。更优选地，所述水热反应的温度为215℃。优选地，所述水热反应的时间为16～20h。更优选地，所述水热反应的时间为18h。在上述水热反应的温度和时间范围内，能够保证最终得到的产物为三维等级多孔结构的二硫化钼花球；当水热反应的温度过低时，得不到二硫化钼；温度过高时反应釜内压力过高易引起危险；反应时间过短时，制备得到的产物为团聚的二硫化钼纳米片；而反应时间过长时，得到的二硫化钼花球不仅尺寸太大，而且容易团聚。所述水热反应完成后，还需进行冷却、漂洗和干燥处理。优选地，所述漂洗的方法为：用去离子水和无水乙醇分别漂洗2～3次。优选地，所述干燥的温度为55℃～70℃。优选地，所述干燥为真空干燥。优选地，所述干燥的时间为10～14h。另外，本专利技术还提供了一种通过上述方法制备得到的二硫化钼花球。上述二硫化钼花球在作为和/或制备锂离子电池电极材料、超级电容器或光电催化剂中的应用，也应在本专利技术的保护范围之内。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术提供了一种制备二硫化钼花球的方法，应用该方法制备得到的二硫化钼花球具有三维等级多孔结构，比表面积大，形貌均匀，分散性好；且该方法具有制备工艺简单、原料成本低廉、产率高、可快速大规模的制备等优点。另外，该二硫化钼花球可作为电池的电极材料，具有良好的循环稳定性，在锂离子电池电极材料、超级电容器和光电催化剂等领域具有良好的应用前景和广阔的发展空间。附图说明图1是实施例1制备得到的二硫化钼花球的X射线衍射图。图2是实施例1制备得到的二硫化钼花球的扫描电镜图。图3是实施例1制备得到的二硫化钼花球作为电极，得到的电池在0.1A/g下的恒电流充放电循环性能图。图4是实施例2制备得到的二硫化钼花球的扫描电镜图。图5是实施例3制备得到的二硫化钼花球的扫描电镜图。图6是对比例1制备得到的样品本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种聚丙烯酸钠协助制备二硫化钼花球的方法，其特征在于，将钼源溶于聚丙烯酸钠溶液中，加入硫源进行混合，在密闭环境下于200℃～240℃下水热反应10～24h，即可得到二硫化钼花球；其中，所述聚丙烯酸钠溶液的浓度为0.005～0.01g/mL。

【技术特征摘要】
1.一种聚丙烯酸钠协助制备二硫化钼花球的方法，其特征在于，将钼源溶于聚丙烯酸钠溶液中，加入硫源进行混合，在密闭环境下于200℃～240℃下水热反应10～24h，即可得到二硫化钼花球；其中，所述聚丙烯酸钠溶液的浓度为0.005～0.01g/mL。2.根据权利要求1所述制备二硫化钼花球的方法，其特征在于，所述聚丙烯酸钠溶液的浓度为0.007～0.009g/mL。3.根据权利要求1所述制备二硫化钼花球的方法，其特征在于，所述硫源中硫离子和钼源中钼酸根离子的摩尔比为28～42：1。4.根据权利要求3所述制备二硫化钼花球的方法，其特征在于，所述硫源中硫离子和钼源中钼酸根离子的摩尔比为33～38：1。5.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：马琳，许丽梅，周晓平，徐旭耀，张军，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