[发明专利]二硫化钼/还原性氧化石墨烯/钴纳米粒子复合材料、其制备方法及应用

说明书

本发明实施例提供了二硫化钼/还原性氧化石墨烯/钴纳米粒子复合材料、其制备方法及应用，其中二硫化钼/还原性氧化石墨烯/钴纳米粒子复合材料，以还原性氧化石墨烯为基底，二硫化钼纳米片分散于还原性氧化石墨烯基底上，钴纳米粒子分散在还原性氧化石墨烯基底及二硫化钼纳米片上。本发明提供的二硫化钼/还原性氧化石墨烯/钴纳米粒子复合材料对Li‑O₂电池的电池反应有非常好的催化活性，可以作为Li‑O₂电池正极催化剂；同时，本发明提供的制备方法，简单易行，原料廉价易得，具有很好的经济前景。

技术领域

本发明涉及Li-O₂电池的正极催化剂制备技术领域，特别是涉及二硫化钼/还原性氧化石墨烯/钴纳米粒子复合材料、其制备方法及应用。

背景技术

能源危机已经成为目前社会的主要问题之一，寻求一个稳定高效的能源供应以满足人类日益增长的能源需求迫在眉睫。锂离子电池自日本SONY公司将其商品化以来，作为新一代绿色高能电池已普遍应用于各类移动电子设备。近些年来随着锂离子电池在动力设备、电动汽车等领域中的应用扩大化，传统的锂离子电池体系已无法满足人类的需求。Li-O₂电池(锂空气电池)具有超高的理论能量密度，有望满足现代动力能源的能量储存需求，因此引起了广泛的研究兴趣。

目前Li-O₂电池体系按电解液种类划分，主要存在四大电池体系：(1)水体系Li-O₂电池；(2)有机体系Li-O₂电池；(3)有机-水混合体系Li-O₂电池；(4)全固态体系Li-O₂电池。其中有机体系Li-O₂电池最具有发展前景。尽管Li-O₂电池具有大容量特性，但其充放电过程动力学缓慢，不仅降低了电池体系的能量效率，同时限制了电池的使用寿命。研究表明，在正极负载催化剂有助于改进这一问题，降低充放电过程中的过电势，并改善电池的循环性能。贵金属催化剂就是其中的一类，但由于其价格昂贵，资源稀缺，限制了材料得到广泛应用。因此，开发廉价、高效的过渡金属催化剂十分必要。

二硫化钼是过渡金属硫化物的一种，为层状材料。近年来的研究发现二硫化钼可作为Li-O₂电池的正极催化剂。然而，二硫化钼导电性较差，会限制催化效率。纳米尺寸的过渡金属单质也具有催化活性，如钴(Co)纳米粒子。然而，纳米粒子易团聚，使得催化性能大大降低。

发明内容

为解决现有技术的问题，本发明实施例提供一种二硫化钼/还原性氧化石墨烯/钴纳米粒子复合材料。同时本发明还提供了二硫化钼/还原性氧化石墨烯/钴纳米粒子复合材料的制备方法，及其应用。具体技术方案如下：

本发明首先提供了一种二硫化钼/还原性氧化石墨烯/钴纳米粒子复合材料，以还原性氧化石墨烯为基底，二硫化钼纳米片分散于还原性氧化石墨烯基底上，钴纳米粒子分散在还原性氧化石墨烯基底及二硫化钼纳米片上。

本发明还提供了前述的二硫化钼/还原性氧化石墨烯/钴纳米粒子复合材料的制备方法，包括：

(1)、将氧化石墨烯分散于水中，得到氧化石墨烯分散液；

(2)、将钼源和硫源与氧化石墨烯分散液混合，得到第一反应混合物；

(3)、将所述第一反应混合物在180℃-220℃下水热反应18-30小时，反应结束后分离、洗涤，得到二硫化钼/还原性氧化石墨烯复合材料；

(4)、将所述二硫化钼/还原性氧化石墨烯复合材料分散于有机溶剂中，得到二硫化钼/还原性氧化石墨烯复合材料分散液；

(5)、向所述二硫化钼/还原性氧化石墨烯复合材料分散液中加入钴源及水合肼后，调节pH值为8-10，得到第二反应混合物；