[发明专利]一种三维氮掺杂石墨烯/二硫化钼复合物及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米材料制备技术领域。具体涉及一种三维氮掺杂石墨烯/二硫化钼复合物及其制备方法。

背景技术

二维层状结构的纳米材料(如石墨烯、过渡金属二硫化物)因其结构的特殊性，在物理学、化学、电学和力学等领域展现出优异的性能，具有重要的研究意义和广泛的应用前景。一般而言，除材料的组成和结构之外，维数在决定材料基本性质中也起到了至关重要的作用。二硫化钼(MoS₂)是一种典型的过渡金属二硫化物，具有十分类似石墨烯的结构及性能。由于MoS₂层与层之间通过范德华力结合，允许通过插层在层间引入外来的原子或分子，同时可以剥离或直接合成得到单层或多层类石墨烯纳米片的结构，表现出不同于石墨烯的性能。研究表明，二维层状结构的MoS₂是一种有前途的新能源电极材料，可作为电化学储锂和储镁的电极材料。近年来，纳米级的MoS₂在电、光、析氢催化等领域展现出诸多优异的性能，在新型功能纳米材料以及器件等领域也表现出广阔的应用前景，已成为当前相关领域的研究热点。

先前对于MoS₂纳米材料的研究主要集中在单一相的MoS₂纳米材料上，有关石墨烯负载MoS₂复合纳米材料的研究鲜有报道。鉴于MoS₂作为电化学反应的电极材料使用时，其导电性能较差，而石墨烯具有良好的导电特性，因此通过石墨烯负载MoS₂纳米材料形成复合物，可获得更优异的催化特性。MoS₂和石墨烯具有独特且类似的二维层状纳米结构，两者通过复合构成新的异质层间结构，该结构存在新的相互作用，有助于获得新的、更优异的性能。此外，基于两者在晶体结构和微观形貌上的匹配性和电学性能上的互补性，预计通过这两种材料复合所制备的新型纳米复合材料能够最大程度地显示二者之间的协同效应。同时，石墨烯经氮掺杂后会影响碳原子的自旋密度和电荷分布，能带结构会有调整，导致石墨烯表面产生“活性位点”，这些活性位点可以直接参与催化反应，通过氮掺杂复合物的电化学活性得到明显提高。因此，这种新型纳米复合材料在摩擦学、高性能复合材料制备、催化剂载体、微探针、生物传感器等方面具有重要的应用前景。

Shi等(Yumeng Shi,Wu Zhou,^*Ang-Yu Lu,Wenjing Fang,Yi-Hsien Lee,Allen Long Hsu,etal.,Van der Waals Epitaxy of MoS₂Layers Using Graphene As Growth Templates,Nano Lett.,2012,12,2784-2791..)提出以石墨烯覆盖铜箔为成长模板，化学气相沉积法合成MoS₂/石墨烯混合异质结构的方法，MoS₂在石墨烯表面上生长出几百纳米至几微米的典型单晶六边形薄片。Huang等(Ke-Jing Huang^*,Lan Wang,Jing Li andYan-Ming Liu^*.Electrochemical sensing based on layered MoS₂-graphene composites,Sensors and Actuators B,2013，178,671-677.)利用L-半胱氨酸辅助的液相法制备了层状MoS₂-石墨烯复合物，研究了该复合物的电化学响应性，表现出对乙酰氨基酚优异的检测能力，这主要归因于MoS₂的优异电化学性能和MoS₂与石墨烯之间的协同效应。