[发明专利]一种硒化钼纳米片/石墨烯纳米带复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于过渡金属硫族化合物-碳材料技术领域，具体涉及一种硒化钼纳米片/石墨烯纳米带复合材料及其制备方法。

技术背景

石墨烯纳米带是一种准一维碳基纳米材料，它具有许多优异的物理化学性能，如较高的导电性、优异的力学性能、特殊的边缘效应和良好的化学稳定性等。这些特殊性质使其在能量转换与储存、电子传感器、高分子纳米复合材料等领域都具有极为广阔的应用前景，成为碳纳米材料领域中的研究热点之一。

硒化钼是一类典型的过渡金属硫族化合物，它属于六方晶系，层内是很强的Se-Mo-Se共价键，层间是较弱的范德华力，单层厚度约为0.65nm。研究表明，硒化钼暴露的活性边缘具有析氢催化活性，并且其析氢的吉布斯自由能比二硫化钼的低，因此理论析氢过电位更低，催化效果更好。但是，纯硒化钼易于团聚，并且其优先生长惰性的内层结构，而非活性片层边缘，大量的团聚体也进一步抑制了活性边缘的暴露，再加上其较差的导电性，硒化钼的优异性能将无法得到充分利用。因此，将硒化钼与其它高导电性的基底材料复合具有重要意义。

本发明通过简单的工艺设计，制备得到一种新型的硒化钼/石墨烯纳米带复合材料。该复合材料具有如下优势：石墨烯纳米带独特的边缘效应可以为硒化钼的生长提供更多的活性位点，使硒化钼纳米片的活性边缘得到更加充分的暴露；石墨烯纳米带优良的导电性能有利于电子的传输，可提高复合材料整体的导电性；石墨烯纳米带的薄片层结构有利于电化学过程中电解质离子的迁移，从而减小其与溶液的接触内阻。而硒化钼纳米片本身具备优异的催化活性和能量存储性能，故将两者进行有效复合可实现良好的协同作用，以制备出性能优异的复合材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种成本低廉、电化学性能优异的硒化钼纳米片/石墨烯纳米带复合材料及其制备方法。

本发明所提供的硒化钼/石墨烯纳米带复合材料，是由硒粉和钼酸钠通过一步溶剂热法在具有特殊带状边缘的石墨烯纳米带上原位生长硒化钼纳米片制备得到；其制备原料组成包括：碳纳米管（单壁或多壁）、高锰酸钾、浓硫酸、磷酸、硒粉、钼酸钠，以及水合肼。

本发明所提供的硒化钼/石墨烯纳米带复合材料的制备方法，包括：通过溶液氧化法制备石墨烯纳米带；通过溶剂热法在石墨烯纳米带上原位生长硒化钼纳米片；具体步骤如下：

（1）将碳纳米管分散于95%-98%的浓硫酸中，待分散均匀后再加入85%的磷酸，不断搅拌得到均一分散液；

（2）在上述分散液中加入高锰酸钾，不断搅拌；

（3）将反应体系缓慢升温至60-80℃，待温度稳定后，保温2-3h；并不断搅拌；

（4）将所得的混合溶液自然冷却至室温，然后倒入含过氧化氢的冰水中，隔夜放置，使其自然沉降；

（5）将得到的沉淀物用盐酸水溶液洗涤多次，再用乙醇/乙醚的混合溶液洗涤多次；

（6）离心干燥得到固体氧化石墨烯纳米带；

（7）将氧化石墨烯纳米带分散于有机溶剂中，超声分散，得到氧化石墨烯纳米带稳定分散液；

（8）将硒粉溶于水合肼中，加热搅拌，使之分散均匀；

（9）将钼酸钠溶于微量水中，超声分散，使之分散均匀；

（10）将步骤（8）、（9）制备的分散液加入氧化石墨烯纳米带有机分散液中，超声分散均匀；

（11）将步骤（10）所得到的含有氧化石墨烯纳米带、钼酸钠、硒粉和水合肼的混合液倒入水热釜中，在一定温度下溶剂热反应一段时间，即得到硒化钼/石墨烯纳米带复合材料；

（12）将制备得到的硒化钼/石墨烯纳米带复合材料的黑色沉淀用去离子水和乙醇反复洗涤多次，然后干燥，备用。

本发明中，所述的氧化石墨烯纳米带是由溶液氧化法径向剪开碳纳米管制备得到，此方法可参考专利US2010/0105834Al。

本发明中，所述的硒化钼纳米片是由溶剂热法生长而成，同时，水合肼使氧化石墨烯纳米带还原成石墨烯纳米带。溶剂热法使用的溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺或N-甲基吡咯烷酮。

本发明中，步骤（1）所述的碳纳米管的浓度为3-5mg/mL，浓硫酸与磷酸的体积比为8:1-10:1，优选为9:1。

本发明中，步骤（2）所述的高锰酸钾的质量为碳纳米管用量的2-5倍。

本发明中，步骤（3）所述的温度为60-80℃，保温的时间为2-3h。

本发明中，步骤（5）所述的盐酸水溶液重量浓度为5-20%。