一种石墨烯-二硫属化合物异质复合粉体的制备方法技术

本发明专利技术公开一种石墨烯

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯
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二硫属化合物异质复合粉体的制备方法


[0001]本专利技术涉及一种石墨烯
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二硫属化合物异质复合粉体的制备方法，涉及石墨烯复合材料以及异质结构生长制备


技术介绍

[0002]在环境污染和能源枯竭的今天，氢气作为一种高能量密度且储量丰富的清洁能源引起了人们的重视，目前氢气的产生主要靠电催化分解水发生析氢反应来实现，然而该过程却因价格昂贵且资源有限的析氢反应电催化剂铂而备受制约。近来，过渡金属二硫属化合物TMDS二维层状材料被证明是一种有望取代传统贵金属Pt的优异的电催化剂，但其导电性普遍较差，为此人们研究一系列方法来改善导其电性。其中，石墨烯因其优异的电子传输性能以及化学稳定性被选用作为一种生长载体或者是复合基体来改善TMDS的导电性，目前已有研究表明石墨烯的加入可以有效地构建导电通路，促进离子和电子的转移，可以显著提升电催化能力。但现阶段使用的石墨烯多为还原氧化石墨烯rGO，自身存在较多的结构缺陷以及含氧基团导致导电性不佳，且容易团聚堆叠，不利于TMDS的均匀分散以及锚定，从而限制其后期优异性能的体现。

技术实现思路

[0003]针对上诉提及存在的问题，本专利技术以气泡CVD石墨烯粉体作为生长载体，过渡金属氧化物和硫磺作为生长源，采用CVD法在其上生长均匀分布、无团聚的过渡金属二硫属化合物以致简易、高效且批量地制备石墨烯
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二硫属化合物异质复合粉体。期间，氟化钾的加入不止可以改变过渡金属二硫属化合物的形貌以及提升结晶质量，还可以改变石墨烯载体表面的反应活性，使过渡金属二硫属化合物能更容易的生长锚定在载体上。
[0004]本专利技术的目的在于提供一种石墨烯
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二硫属化合物异质复合粉体的制备方法，包括以下步骤：(1)将过渡金属氧化物粉体与石墨烯粉体放置于容器中加无水乙醇溶剂进行搅拌混合，待混合均匀且混合物形态由糊状变为絮状粉末时取出装填入石英舟中；所述石墨烯粉体在微观状态下其表面呈多褶皱形貌；(2)另取一石英舟称取一定量的硫磺粉体，随后将装有所述絮状粉末和所述硫磺粉的两个石英舟分别推入石英管式炉中；(3)将石英管式炉先抽至真空状态，随后通惰性气体至常压状态，设定生长程序，即对炉内物质进行加热处理，结束后降至室温状态取出，期间生长过程中需要持续通入一定量的惰性气体；(4)将反应后的粉体用去离子水洗涤后，烘干处理。通过上述制备方法成功得到了石墨烯
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过渡金属二硫属化合物异质复合粉体材料，其中使用大片径且富有表面褶皱的气泡CVD石墨烯粉体作为生长载体，与还原氧化石墨烯rGO相比，气泡CVD石墨烯粉体高质量无缺陷、自身新奇的结构以及优异的物理化学性能可使二硫化钼、二硫化钨等纳米材料可以均匀的分散并且锚定在其上面，避免了过渡金属二硫属化合物的无序堆叠和聚集，可以更有效地构建范德瓦尔斯异质结界面，提升复合材料的物理与化学性能。
[0005]进一步的技术方案中，步骤(1)中所述的过渡金属氧化物为MoO3和/或WO3纳米粉
体，所述过渡金属氧化物的粒径为200nm。
[0006]进一步的技术方案中，步骤(1)中所述的石墨烯粉体为气泡CVD法制备石墨烯粉体，表面呈多褶皱形貌，横向尺寸在300μm以上。
[0007]进一步的技术方案中，步骤(1)中所述的过渡金属氧化物粉末与石墨烯粉体的质量比例为1
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3:1，优选地，所述过渡金属氧化物粉末与石墨烯粉体的质量比例为2:1。
[0008]进一步的技术方案中，步骤(2)中所述的硫磺粉末的添加量是石墨烯与过渡金属氧化物粉体总质量的8
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20倍；优选地，所述硫磺粉末的添加量是石墨烯与过渡金属氧化物粉体总质量的10倍。
[0009]进一步的技术方案中，步骤(2)中所述的装有絮状粉末和硫磺粉的两个石英舟分别推入石英管式炉中，其中装有硫磺粉的石英舟推入单温区石英管式炉反应区的上游进气端，所述絮状粉末放置于管式炉中部，硫磺粉与混合粉体之间相距一段距离，以利用管式炉自身存在的温度梯度，控制反应过程中硫磺粉体的热蒸发速率。
[0010]进一步的技术方案中，步骤(2)中所述硫磺粉与絮状粉末之间的距离为1
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50cm，优选地，所述距离为27cm。
[0011]进一步的技术方案中，步骤(3)中所述加热处理包括升温、保温以及降温三个阶段，其中所述升温阶段的升温速率为20℃/min，所述保温阶段的生长温度为800
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950℃，保温时间为90min，所述降温阶段为自然冷却。
[0012]进一步的技术方案中，步骤(3)中所述的一定量的惰性气体通入量为500sccm，以便得到合适的硫蒸气输运速率，其速率过低或过高都会影响产物的最终形态。
[0013]本专利技术的另一个目的在于，提供一种石墨烯
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二硫属化合物异质复合粉体添加催化剂的制备方法，在无催化剂组基础上添加一定量的催化剂进行混合搅拌，其余条件不变。所述催化剂包括氟化钾、氟化钠，优选地，所述催化剂选用氟化钾。创新地将氟化钾作为一种生长的催化剂引入到该复合材料的生长制备过程中，不仅可以显著调控过渡金属二硫属化合物的形貌，还能提升石墨烯表面的反应活性，使TMDS更容易依附生长于上面，避免了复杂的粉体表面预处理以及功能化处理过程。
[0014]进一步的技术方案中，步骤(1)中所述的氟化钾的添加量为石墨烯与过渡金属氧化物粉体总质量的8
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20%，优选地，所述氟化钾的添加量为石墨烯与过渡金属氧化物粉体总质量的10%。
[0015]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：（1）表面含有丰富褶皱结构且大尺寸的气泡CVD石墨烯粉体的引入可以显著改善该异质复合材料的分散性，使过渡金属硫化物（TMDS）均匀分散与石墨烯表面；（2）创新地引入氟化钾作为一种生长催化剂，催化剂的引入可以显著调控过渡金属二硫属化合物的形貌，以及提升石墨烯表面的反应活性，有利于过渡金属硫化物（TMDS）的生长，避免了复杂的粉体表面预处理以及功能化处理过程；（3）此外也是是一种简易、高效且可实现批量制备异质复合粉体的一种方法策略。
[0016]附图说明
[0017]图1为气泡CVD粉体的扫描电子显微镜图片。
[0018]图2为案列1的扫描电子显微镜图片。
[0019]图3为案列2的扫描电子显微镜图片。
[0020]图4为案列3的扫描电子显微镜图片。
[0021]图5为对比例rGO粉体作为载体生长二硫化钼后的扫描电子显微镜图片。
[0022]具体实施案例以下结合附图通过具体实施例说明本专利技术的技术方案。应该理解，本专利技术提到的一个或者多个步骤不排斥在组合步骤前后还存在其他方法和步骤，或者这些明确提及的步骤间还可以插入其他方法和步骤。还应理解，这些实例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。除非另有说明，各方法步骤的编号仅为鉴别各方法步骤的目的，而非限制每个方法的排列次序或限定本专利技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯
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二硫属化合物异质复合粉体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）将过渡金属氧化物粉体与石墨烯粉体放置于容器中，加入溶剂后搅拌混合获得絮状粉末；所述石墨烯粉体在微观状态下其表面呈多褶皱形貌；（2）取硫磺粉体与所述絮状粉末以相互不混合的方式一同送入反应容器中；（3）在惰性气体保护下对所述反应容器内的物质进行加热处理，以制得石墨烯与二硫属化合物异质复合粉体。2.根据权利要求1所述的一种石墨烯
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二硫属化合物异质复合粉体的制备方法，其特征在于，在加入所述溶剂搅拌混合前，加入催化剂，所述催化剂包括氟化钾、氟化钠，优选地，所述催化剂选用氟化钾。3.如权利要求1所述的一种石墨烯
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二硫属化合物异质复合粉体的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述的过渡金属氧化物为MoO3和/或WO3纳米粉体，所述过渡金属氧化物的粒径为200nm。4.如权利要求1所述的一种石墨烯
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二硫属化合物异质复合粉体的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述的石墨烯粉体为气泡CVD法制备石墨烯粉体，横向尺寸在300μm以上。5.如权利要求1所述的一种石墨烯
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二硫属化合物异质复合粉体的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述的过渡金属氧化物粉末与石墨烯粉体的质量比例为1
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3:1，优选地，所述过渡金属氧化物粉末与石墨烯粉体的质量比例为2:1。6.如权利要求1所述的一种石墨烯
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二硫属化合物异质复合粉体的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述的氟化钾的添加量为石墨烯与过渡金属氧化物粉体总质量的8
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【专利技术属性】
技术研发人员：蔡金明，王杰，郝振亮，
申请(专利权)人：广东墨睿科技有限公司，
类型：发明
国别省市：