本发明专利技术属于过渡金属硫族化合物-碳材料技术领域，具体为一种硒化钼/石墨烯纳米带复合材料及其制备方法。本发明专利技术通过溶液氧化法制备石墨烯纳米带，再通过溶剂热法在石墨烯纳米带上原位生长硒化钼纳米片。本发明专利技术所制备的石墨烯纳米带具有化学性质稳定、长径比高等优点；本发明专利技术制备的复合材料具有形貌可控的特点，硒化钼纳米片均匀地负载在石墨烯纳米带上，有效地抑制了硒化钼自身的团聚，充分利用了石墨烯纳米带独特的高比表面积和高导电性。本发明专利技术所制备的硒化钼纳米片/石墨烯纳米带复合材料可成为一种理想的高性能电化学析氢催化材料，以及锂离子电池和太阳能电池等新能源器件的电极材料。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于过渡金属硫族化合物-碳材料
，具体涉及一种砸化钼纳米片/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。砸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0.65 nm。研究表明，砸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，纯砸化钼易于团聚，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，砸化钼的优异性能将无法得到充分利用。因此，将砸化钼与其它高导电性的基底材料复合具有重要意义。本专利技术通过简单的工艺设计，制备得到一种新型的砸化钼/石墨稀纳米带复合材料。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砸化钼的生长提供更多的活性位点，使砸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迀移，从而减小其与溶液的接触内阻。而砸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。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种成本低廉、电化学性能优异的砸化钼纳米片/石墨烯纳米带复合材料及其制备方法。本专利技术所提供的砸化钼/石墨烯纳米带复合材料，是由砸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砸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、砸粉、钼酸钠，以及水合肼。本专利技术所提供的砸化钼/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稀纳米带;通过溶剂热法在石墨稀纳米带上原位生长砸化钼纳米片；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°C，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稀纳米带； (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)将砸粉溶于水合肼中，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； (1 )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、砸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，即得到砸化钼/石墨烯纳米带复合材料； (12)将制备得到的砸化钼/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。本专利技术中，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至丨J，此方法可参考专利US 2010/0105834 Al。本专利技术中，所述的砸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。本专利技术中，步骤(I)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。本专利技术中，步骤(2)所述的高锰酸钾的质量为碳纳米管用量的2-5倍。本专利技术中，步骤(3)所述的温度为60_80°C，保温的时间为2_3h。本专利技术中，步骤(5)所述的盐酸水溶液重量浓度为5-20%。本专利技术中，步骤(7)所述的氧化石墨稀纳米带分散液的浓度为0.5-2 mg/mL，优选1-1.5 mg/mLο本专利技术中，步骤(8)所述的砸粉在加热温度为60_80°C下，分散在水合肼中，浓度为1-6 mg/mLο本专利技术中，步骤(9)所述的钼酸钠与砸粉的摩尔比是1:1.8-1: 2.4，优选1: 2，溶剂水的用量应尽可能少，将钼酸钠完全溶解即可。本专利技术中，步骤(11)所述的反应温度为180?220°C，反应时间为10?24 h。使用透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)，电化学工作站来表征本专利技术所获得的砸化钼/石墨烯纳米带复合材料的结构形貌，其结果如下: (I )TEM测试结果表明，用径向剪开的方法成功剥离了多壁碳纳米管，内层壁和空腔的边界明显消失； (2)SEM测试结果表明:在复合材料中，砸化钼纳米片均勾地负载在石墨稀纳米带的表面，所制备的石墨烯纳米带独特的边缘为二硫化钼纳米片的生长提供了更多的活性位点，使具有催化活性的二硫化钼纳米片层的边缘得到充分的暴露。石墨烯纳米带的带状边缘结构赋予其更加灵活的可调性，这也是其有别于片层石墨烯的最本质特征。所制备的砸化钼均匀地生长在石墨烯纳米带上，较好地抑制了二硫化钼自身的团聚； (3)XRD测试结果表明，石墨烯纳米带在2Θ= 26.0°有一个较宽的衍射峰，对应于其(002)晶面。砸化钼在2Θ = 13.7°，26.4。，32.2。，37.3。，53.8。，56.4。，60.9°和67.0° 的衍射峰可以分别对应于六方晶型2H-MoSe2的(002)，(004)，( 100)，( 103)，( 106)，(008)，(107)和(202)晶面。所制备的砸化钼纳米片/石墨烯纳米带复合材料显示出了砸化钼的特征峰，说明砸化钼纳米片已成功负载于石墨烯纳米带上； (4)电化学工作站测试结果表明，所制备的砸化钼纳米片/石墨烯纳米带复合材料具有优异的电催化析氢性能，其催化析氢过电位为-0.1 V，并且与纯的砸化钼相比，无论是起始过电位，还是相同电位下的析氢电流密度，砸化钼纳米片/石墨烯纳米带复合材料都体现出更加优异的性能。本专利技术的优点在于: 1、制备过程简单，易于操作，是一种有效快捷的制备方法； 2、实验设计巧妙: 第一，选择的基底是石墨烯纳米带。其独特的长径比与边缘结构赋予了其高的比表面积，并且提供了更多的位点供砸化钼纳米片生长。石墨烯纳米带具有优异的导电性，其片层结构使得电催化过程中电子以及离子可以快捷有效地传输，可进一步提高砸化钼的催化析氢活性；当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种硒化钼/石墨烯纳米带复合材料的制备方法，其特征在于：通过溶液氧化法制备得到石墨烯纳米带；再通过一步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。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：刘天西，顾华昊，左立增，樊玮，黄云鹏，鲁恒毅，张龙生，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：上海;31
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