[发明专利]1T-相过渡金属二硫化物纳米片

说明书

一种生产1T‑过渡金属二硫化物少层纳米片和/或者单层纳米片的方法，所述方法包括：锂离子向包含块体2H‑过渡金属二硫化物的负极中的电化学嵌入以提供嵌入电极；和剥离步骤，所述剥离步骤包括将嵌入电极与质子溶剂接触以生产1T‑过渡金属二硫化物少层纳米片和/或单层纳米片。一种电化学电容器，其包括复合电极，所述复合电极包含1T‑MoS₂纳米片和石墨烯，以及一种生产用于电化学电容器中的复合电极的方法。

该申请要求于2017年1月23日递交的GB1701109.9的优先权，出于所有目的，其全部内容和要素通过引用结合在本文中。

发明领域

本发明涉及一种生产1T-相过渡金属二硫化物少和/或单层纳米片的方法。本发明还涉及包含1T-MoS₂和石墨烯复合电极的电化学电容器。

背景技术

自从石墨烯被发现以来，人们对可生产为二维(2D)物质的其它材料的越来越感兴趣。这些原子级薄的产品通常表现出有趣的光学、电学和机械性能。

一类这样的材料是所谓的2D过渡金属二硫化物，其中二硫化钼大概是最有名和有趣的例子。MoS₂作为原子级薄片是稳定的，并且单片(single sheet)MoS₂由以S-Mo-S的形式夹在两层硫原子之间的Mo原子平面组成。将金属和硫原子保持在一起的键为强共价键，而各层MoS₂通过范德华相互作用松散地保持在一起。其他类似的2D过渡金属二硫化物包括二硫化钨和二硒化钼以及二硒化钨。

这些过渡金属二硫化物表现出两种可能的晶态，天然存在的三棱柱相(通常用2H前缀表示，例如，2H-MoS₂)，和非天然存在的四面体相(通常用1T前缀表示，例如，1T-MoS₂)。第二种形式的二硫化钼(即1T-MoS₂)可以通过嵌入化学(intercalation)反应制备¹。

在二硫化钼的情况下，2H相具有半导体特性，对于单层片材，具有-1.9eV的直接带隙²。另一方面，1T相具有金属特性，其电导率比2H相高多达10⁷倍³。

因此，金属相MoS₂纳米片(以及其它2D过渡金属二硫化物的纳米片)对于许多电化学应用非常具有吸引力，包括作为超级电容器电极和作为用于析氢和染料敏化太阳能电池的催化剂^3-7。例如，Acerce等人最近证明，化学剥离的1T-MoS₂的重量比电容比2H-MoS₂的重量比电容高20倍³，而1T-MoS₂的基面已被发现是导致整体催化活性显著增强的HER(析氢反应)的主要活性位点^5,8。相比之下，2H-MoS₂的基面对HER具有催化惰性。

迄今为止，只报道了生产1T-MoS₂的少数合成方法。这些是自上而下(化学剥离)和自下而上(水热合成)的方法^7,9,10。

生产1T-MoS₂纳米片最常用的方法涉及在块体(bulk)MoS₂层间的化学有机锂嵌入^4,9-12。该过程首先通过使丁基锂与MoS₂反应生成Li_xMoS₂开始^9,12。然后，将所得的Li嵌入的块体MoS₂浸入水中，并超声处理以使其剥离，产生单层和/或少层MoS₂纳米片^11,13。锂嵌入的从2H至1T相的结构变化归因于从锂到MoS₂导带的电子给与^14,15。