[发明专利]一种二硫化钼/石墨烯复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种二硫化钼/石墨烯复合材料的制备方法，采用钼源，诱导剂，硫脲为合成原料，并以氧化石墨烯为基底，通过水热反应原位形成含高比例1T‑MoS₂的二硫化钼/石墨烯复合材料。本发明工艺简单、反应条件适中、易于实现规模化生产。本发明制备得到的含高比例1T‑MoS₂的二硫化钼/石墨烯复合材料含有被锚固了的1T相和2H相超薄二硫化钼片层，它们与石墨烯形成了结构稳定的三元异质结，1T‑MoS₂含量最高可达80％以上，材料的活性位暴露程度高，在电解水析氢和锂离子电池电极材料等领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及无机纳米材料制备技术领域，特别是涉及一种二硫化钼/石墨烯复合材料的制备方法。

背景技术

能源短缺和环境污染已成为社会可持续发展亟待解决的问题，开发利用环境友好型的可再生能源迫在眉睫。氢气具有较高的比能量密度及较大的燃烧值，有望成为新能源载体。电解水析氢以丰富的水资源为原料，将可再生能源产生的电能转化为能够存储运输的氢能，使可再生能源得以一种稳定的形式存储并得以应用，在促进可再生能源的高效应用上具有广阔的应用前景。

电解水析氢技术的关键在于开发出具有高活性的电催化剂，以实现高效的电化学储能。铂基材料是目前发现性能较为优异的电解水析氢电催化剂，但昂贵的价格限制了它的广泛应用。因此，目前电解水制氢技术领域的研究重点在于开发高效、廉价、稳定的非铂基电催化剂。

具有层状结构的二硫化钼(MoS₂)是优异的非贵金属电解水析氢催化剂。根据层内原子排列方式，MoS₂可分为八面体构型的1T相和三棱柱构型的2H相。通常情况下，MoS₂在自然界中以稳定的2H相形式存在。研究发现，2H-MoS₂片层中边缘硫原子是析氢催化的活性位点，暴露更多的边缘活性位可得到高活性的电催化剂。因此，目前大量工作致力于利用颗粒微纳化手段，最大限度地暴露边缘位点来提高2H-MoS₂的电催化活性。但是，当2H-MoS₂尺寸减小到纳米级时，由于高比表面积和强的范德华作用力，2H-MoS₂片层容易自堆积而降低电催化活性。同时，由于穿过片层平面的电阻是沿平行于片层平面电阻的2200倍，低的电导率也使得2H-MoS₂片层的应用受到限制。

与半导体属性的2H-MoS₂不同，1T-MoS₂具有金属特性，导电率是2H-MoS₂的10⁷倍，可极大地提高电解水析氢过程的电荷转移效率。另外，不像2H相那样只局限在片层边缘部位，1T-MoS₂的片层平面和片层边缘的硫原子均是析氢催化的活性位点，因此具有更优异的电催化析氢活性。然而，1T相属热力学亚稳相，对温度敏感，在水中稳定性较差，容易转化为2H相。通过化学合成法得到的二硫化钼以2H相为绝大多数，1T相比例极小。因此，获得高比例的1T-MoS₂对研制高效稳定的二硫化钼基电催化剂非常关键。一方面它可提高材料的活性位点，另一方面它可改进材料的导电性，从而提高材料的电催化析氢性能。

有鉴于此，本案发明人进行深入研究，力求研发一种化学合成法制备含高比例1T-MoS₂的复合材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种含高比例1T-MoS₂的二硫化钼/石墨烯复合材料的制备方法。

为了达成上述目的，本发明的技术方案是：

一种二硫化钼/石墨烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、将钼源材料、诱导剂和氧化石墨烯按比例置于去离子水中搅拌，并用稀酸溶液调节体系的酸碱度至pH值为0.8～2.0，室温下持续搅拌，得到第一混合液；