[发明专利]具备三维多孔结构的过渡金属化合物-石墨烯复合材料的制备方法

说明书

技术领域

    本发明属于石墨烯基复合材料制备领域，特别是一种具备三维多孔结构的过渡金属化合物-石墨烯复合材料的制备方法。

背景技术

   过渡金属化合物是指MOS₂、MOSe₂、MOTe₂、WS₂、WSe₂、WTe₂的等过渡金属的化合物，其具有与石墨烯类似的层状结构，层与层之间以微弱的范德瓦耳斯力结合，是一种很好的固体润滑剂和催化剂；过渡金属化合物纳米片是指具有单层或者几个分子层厚度的过渡族金属化合物纳米片，因为其具有层状结构，在锂电池储能材料领域有着广泛的应用，近年来又逐渐发现其具有特殊的催化及电化学性能，但是单纯的二维材料导电性较差，影响了过渡金属化合物纳米片在电化学反应过程中电子的传输速度。

    石墨烯目前是世上最薄却也是最坚硬的纳米材料，导热系数高达5300 W/m*K，高于碳纳米管和金刚石，常温下其电子迁移率超过15000 cm＊s²/V*s，高于纳米碳管和硅晶体，而电阻率只有约10-6 Ω*cm，低于铜和银，是目前世上电阻率最小的材料，正因为石墨烯的电阻率极低，电子迁移的速度极快，因此被期待可用来发展出更薄、导电速度更快的新一代电子元件或晶体管。

   目前，已经有很多研究者将掺杂石墨烯作为改变导电性的一个有效的途径，如 Yanguang Li等人采用溶剂热法在氧化石墨烯上生长MoS₂ 做析氢反应，选择添加石墨烯改善导电材料的MoS₂量子点催化性明显的提高；Fanke Meng等人也是选择上生长MoS₂量子点来做光解水反应，通过石墨烯改变导电性的材料具有更高的光电流等，证明通过石墨烯来改变电极反应过程中的电子传输室一个很有效的途径，但在电极反应过程中如何增加电极活性物和电解液的接触面积是影响反应的重要因素和技术难题，目前以过渡金属化合物纳米片与氧化石墨烯制备三维多孔复合材料解决石墨烯和活性物均匀复合、增加电极材料和电解液的接触面积的方法，在本领域未见报道。

发明内容

   为解决上述技术问题，提供一种以简单的水热法制备通过石墨烯和超薄过渡金属化合物纳米片制备三维多孔复合材料的方法，该复合材料的孔壁只有几十个纳米的厚度，更有利于电极材料和电解液的充分接触，本发明是这样实现的：

     一种具备三维多孔结构的过渡金属化合物-石墨烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：

A）将过渡金属化合物纳米片通过超声法分散到混合溶剂中，形成过渡金属化合物纳米片分散液，再加入氧化石墨烯溶液，通过超声法混合均匀，形成混合溶液；

 其中，所述混合溶剂由异丙醇与水混合而成；

 所述混合溶液中过渡金属化合物纳米片的质量为过渡金属化合物纳米片与氧化石墨烯总质量的5%～90%；

B）将步骤A获得的混合溶液移入高压反应釜中，180～240 ℃水热反应16-42 h，反应结束后冷却至室温，溶液形成柱状水凝胶，向水凝胶中加入水合肼，以80-100 ℃保温8-24 h，去除剩余的溶液，将获得的水凝胶在 -80 ^OC冷冻2 h，再进行真空干燥，所获得产物即为具备三维多孔结构的过渡金属化合物-石墨烯复合材料。

  优选的，本发明中氧化石墨烯溶液是通过氧化还原法获得的，其中氧化石墨烯的浓度为19.13 mg/g。

  优选的，本发明中步骤B中加入的氧化石墨烯与水合肼与溶液的质量体积比（mg/ml）为10:1，所述水合肼溶液中水合肼的体积分数为50%。

  优选的，本发明中过渡金属化合物纳米片分散液中过渡金属化合物纳米片的浓度为0.5～10mg/ml。

  优选的，本发明中步骤A所述混合溶剂中，异丙醇的体积分数为45 %。

  优选的，本发明中所述过渡金属化合物纳米片为具有层状结构的过渡族金属化合物纳米片。

  优选的，本发明中步骤A中所述过渡金属化合物纳米片是通过锂插层法获得。

   本发明所述过渡金属化合物纳米片是指单层或者2～50个分子层厚度的纳米片。

   本发明中所述过渡金属化合物纳米片是依据《 Per Joensen, R.F. Frindt, S.Roy Morrison》，Single-layer MoS₂ 4,457–461,(1986)一文记载的方法制备。