[发明专利]一种石墨烯与二硒化铁复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合材料及其制备方法，尤其涉及一种石墨烯与二硒化铁复合材料及其制备方法；属于无机纳米复合材料领域。

背景技术

2000年Poizot等在Nature上报道了过渡金属氧化物材料的锂电化学行为之后，过渡金属的化合物被认为是具有潜在储能的新型材料。硒化物P型半导体纳米材料由于具有较大的激子Bohr半径而显示出很强的量子限域效应，因此更有利于在半导体光学、电学和力学等方面获得一些新奇的特性。目前对于硒化物的研究还比较少，半导体纳米材料二硒化铁(FeSe₂)具有较窄的禁带宽度(1.0eV)、高的电子电导率、较高的比容量等优势，在纳米材料方面具有很重要的研究意义。

Lu等在较低温度下使用热溶剂还原法制备了过渡金属二硒化物(MSe₂，M＝Ni、Co、Fe)，其中FeSe₂为正斜方晶，表现为无规则形貌的纳米粒子(Lu Q，Hu J，Tang K，et al.Materials Chemistry and Physics，2001，69，278-280)。Ouertani等以FeCl₃为原料，采用高温喷射合成工艺，通过不同热处理温度处理后获得FeSe₂薄膜，光学分析结果表明FeSe₂薄膜具有高吸收系数(Ouertani B，Ouerfelli J，SaadounM，et al.Solar Energy Materials and Solar Cells，2005，87，501-511)。Mahalingam等采用电化学沉积的方法合成了FeSe₂薄膜，研究了不同水浴温度对材料的微结构的影响(Mahalingam T，Thanikaikarasan S，Chandramohan R，et a l.Materials ChemistryandPhysics，2007，106，369-374)。但是上述合成方法需要高端精密的仪器，反应温度较高，并且会产生毒性气体，对人体和环境造成一定的危害；此外，这些方法得到的样品不均一且产量低。

石墨烯是近年来被发现的一种新型二维碳纳米材料，其稳定的化学结构、良好的导电性、优异的力学和热学性能，引起越来越多学者的关注。研究表明，石墨烯与半导体材料形成的异质结以及其优异的电子传递作用，可使光生载流子由半导体催化剂注入到石墨烯上，从而导致电荷有效分离。此外，石墨烯具有非常高的比表面积，同时也可提高半导体材料的分散程度，有效地增加了复合材料体系的反应活性位。我国国家纳米科学中心宫建茹课题组报道的CdS与1wt.％石墨烯复合后的产氢速度可提高达5倍左右(Li Q，Guo B D，Yu J G，Ran J R，et al.Journal ofAmerican Chemistry Society，2011，133，10878-10880)。但纳米二硒化铁与石墨烯的复合材料仍未见报道。

因此，本领域的技术人员致力于开发种简单、低廉、绿色、可控的方法制备石墨烯/二硒化铁纳米晶复合材料，实现二硒化铁与石墨烯的包覆结合。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种工艺简单、反应温度低、成本低廉、绿色可控的制备石墨烯/硒化铁纳米晶复合材料的方法。

为实现上述目的，本发明提供了一种石墨烯与二硒化铁复合材料的湿化学制备方法，该方法使用常规设备和原料一步原位制得石墨烯与二硒化铁复合材料，实现了氧化石墨烯的还原和其与二硒化铁复合制备的同步进行；并且其反应温度最高仅为200℃，反应过程中无毒害气体产生。

本发明湿化学制备石墨烯与二硒化铁复合材料的方法，包括以下步骤：

步骤一、将含硒无机盐和含铁无机盐装入不锈钢反应釜中；

步骤二、将水合肼和石墨烯源溶液混合，搅拌均匀形成墨黑色溶液后加入上述反应釜中，封闭拧紧反应釜，进行反应；

步骤三、反应完成后自然冷却，将反应沉淀物用蒸馏水和无水乙醇反复洗涤、抽滤，干燥后收集产品保存在干燥器中。

在本发明的具体实施方式中，步骤一中，含硒无机盐优选为亚硒酸钠、或亚硒酸钾等，含铁无机盐优选为硫酸亚铁、氯化亚铁或硫酸亚铁铵等。

优选地，含硒无机盐和含铁无机盐的摩尔比为0.5-2∶1；更优选地，含硒无机盐和含铁无机盐的摩尔比为2∶1。

在本发明的优选实施方式中，步骤一中反应釜的容积为50mL；优选地，反应釜内衬为聚四氟乙烯。