一种二硒化钼-二硒化钴/氮掺杂石墨烯气凝胶复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种MoSe2‑

【技术实现步骤摘要】
一种二硒化钼
‑
二硒化钴/氮掺杂石墨烯气凝胶复合材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于纳米材料和电化学领域，具体涉及一种MoSe2‑
CoSe2/氮掺杂石墨烯气凝胶复合材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]与电池和双电层电容器相比，超级电容器具有功率密度大、充放电速度快和循环寿命长等优点，因此是一种不可替代的高效储能器件。超级电容器主要由集流体、电极、电解质和隔膜四部分组成，其中，电极材料的结构和特性是决定超级电容器性能的关键因素。目前，过渡金属硒化物（例如Bi2Se3，CoSe2，MoSe2等）引起了极大的关注，因为它们具备与过渡金属氧化物或者硫化物相比更高的锂存储容量和相对较高的电导率。尽管如此，过渡金属硒化物的比表面积较小，且通常在充电/放电过程中它们的体积变化很大，从而导致容量快速衰减。在过渡金属硒化物结构中引入多孔结构，并构筑过渡金属硒化物/碳纳米复合材料是一种有效的改善过渡金属硒化物储锂性能的方式。首先，具有多孔结构的过渡金属硒化物在提高比容量方面具有广阔的前景。其次，研究表明，氮掺杂可以扩大层间空间，产生内在缺陷，并使碳表面与试剂之间的界面能垒最小化，有助于活性物质在碳表面上原位成核。
[0003]最近，具有多种化合价的二元金属硒化物在锂电池领域引起了广泛关注，例如ZnSe
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CoSe，Ni
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CoSe2和Cu9Sn2Se9等。许多研究表明，双金属化合物的优势包括：（1）引入更多的结构缺陷，为提高电子转移速率，改善反应动力学提供更多的活性位点；（2）将不同金属离子的电化学性能整合到一起，从而提高较高的赝电容；（3）改变微观结构，并实现更大的表面积，使电极与电解液进行充分接触。因此，双金属硒化物将比单金属硒化物表现出大大改善的电化学性能。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于针对现有技术不足，提供一种MoSe2‑
CoSe2/氮掺杂石墨烯气凝胶复合材料的制备方法和应用。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种MoSe2‑
CoSe2/氮掺杂石墨烯气凝胶复合材料的制备方法，所述的MoSe2‑
CoSe2/氮掺杂石墨烯气凝胶复合材料是由MoSe2‑
CoSe2和氮掺杂石墨烯气凝胶均匀地分布在泡沫镍表面构成具有二元多级结构的复合材料，其制备方法包括以下步骤：（1）氧化石墨烯的制备；（2）将步骤（1）制备的氧化石墨烯，加入到分散在水中的聚苯乙烯微球中，然后加入苯胺单体，接着将含有过硫酸铵的盐酸溶液加入到反应中，室温超声聚合，最后将悬浮液通过液氮快速冷冻，冻干后获得聚苯胺/聚苯乙烯/氧化石墨烯气凝胶，在900℃的氮气中煅烧2h；经过煅烧能够使气凝胶的表面变得不光滑，能够提供更多的活性位点。
[0006]（3）将步骤（2）煅烧后的聚苯胺/聚苯乙烯/氧化石墨烯气凝胶、尿素、Co(NO3)2·
6H2O和(NH4)6Mo7O
24
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4H2O溶解在去离子水中；然后将溶解在水合肼中的硒粉老化后逐滴加入上述溶液中，将混合溶液在聚四氟乙烯反应釜中进行水热反应，反应温度为180℃，反应时间为24h；（4）将步骤（3）所得产物用去离子水和乙醇洗涤，并冷冻干燥；（5）将步骤（4）所得产物在氩气气氛下煅烧煅烧2小时，温度为350℃。
[0007]进一步地，步骤（1）中所述氧化石墨烯的制备：将鳞片石墨（1g），硝酸钠（NaNO3，0.5g）和浓硫酸（H2SO4，23ml）加入锥形瓶，在冰浴（5℃）下持续搅拌30分钟。然后，将高锰酸钾（KMnO4，5g）缓慢加入到反应体系中。在5℃下持续反应2小时后，将反应物在室温下再搅拌1小时，随之加入46ml的去离子水，并继续搅拌30分钟。最后，添加去离子水（140ml）和过氧化氢的混合溶液，并用稀盐酸（5%，800ml）溶液和去离子水洗涤，冷冻干燥。
[0008]进一步地，步骤（2）中氧化石墨烯的质量为50mg，聚苯乙烯微球的质量为100mg，苯胺单体的体积为0.5ml，过硫酸铵的质量为150mg，盐酸的用量为摩尔浓度为1mol/L的盐酸20ml。
[0009]进一步地，步骤（3）中聚苯胺/聚苯乙烯/氧化石墨烯气凝胶的质量为40
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120mg，尿素的质量为10mg，Co(NO3)2·
6H2O的质量为0.291g，(NH4)6Mo7O
24
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4H2O的质量为0.176g，硒粉的质量为0.355g，水合肼的体积为12ml。
[0010]上所述的制备方法制得的MoSe2‑
CoSe2/氮掺杂石墨烯气凝胶复合材料可作为超级电容器电极材料。
[0011]本专利技术的有益效果在于：（1）石墨烯气凝胶由相连的少层石墨烯纳米片组装而成，具有连续互连的多孔网络，表面积大，密度低，是一种堆叠现象不明显的石墨烯材料，将石墨烯气凝胶与多孔结构结合，能够得到兼具优异锂离子扩散效率和能量密度的复合材料；（2）在过渡金属硒化物结构中引入多孔结构，能够有效改善过渡金属硒化物储锂性能；（3）制备的MoSe2‑
CoSe2/氮掺杂石墨烯气凝胶复合材料中，MoSe2‑
CoSe2/氮掺杂石墨烯气凝胶具有较大的比表面积，使电解液更容易与电极接触，增加反应位点，从而提高电极电化学性能，最终复合材料的比电容高达889~900 F/g。
附图说明
[0012]图1为实施例1制备的MoSe2‑
CoSe2/氮掺杂石墨烯气凝胶电容器材料的SEM图；图2为实施例1制备的MoSe2‑
CoSe2/氮掺杂石墨烯气凝胶电容器材料的恒电流充放电曲线。
[0013]图3为对比例1的MoSe2电容器材料的恒电流充放电曲线；图4为对比例2的CoSe2电容器材料的恒电流充放电曲线。
具体实施方式
[0014]以下结合具体实施例对本专利技术做进一步说明，但本专利技术不仅仅限于这些实施例。
[0015]实施例1
一种MoSe2‑
CoSe2/氮掺杂石墨烯气凝胶复合材料的制备方法，具体过程如下：（1）氧化石墨烯的制备将鳞片石墨（1g），硝酸钠（NaNO3，0.5g）和浓硫酸（H2SO4，23ml）加入锥形瓶，在冰浴（5℃）下持续搅拌30分钟。然后，将高锰酸钾（KMnO4，5g）缓慢加入到反应体系中。在5℃下持续反应2小时后，将反应物在室温下再搅拌1小时，随之加入46ml的去离子水，并继续搅拌30分钟。最后，添加去离子水（140ml）和过氧化氢的混合溶液，并用稀盐酸（5%，800ml）溶液和去离子水洗涤，冷冻干燥。
[0016]（2）氮掺杂多孔石墨烯气凝胶的制备在磁力搅拌下将氧化石墨烯（50 mg）和聚苯乙烯微球（100 mg）分散在水（20 ml）中，并添加0.5 ml苯胺单体。随后，将含有150 mg过硫酸铵的20 ml盐酸（1 M）缓慢加入到反应体系中，并在室温下超声聚合1小时。将悬浮液通过液氮快速冷本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种MoSe2‑
CoSe2/氮掺杂石墨烯气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于：所述MoSe2‑
CoSe2/氮掺杂石墨烯气凝胶复合材料是由MoSe2‑
CoSe2均匀地分布在氮掺杂石墨烯气凝胶表面构成具有三维多孔的复合材料，其制备方法包括以下步骤：（1）氧化石墨烯的制备；（2）将步骤（1）制备的氧化石墨烯，加入到分散在水中的聚苯乙烯微球中，然后加入苯胺单体，接着加入含有过硫酸铵的盐酸溶液，室温超声聚合，最后将悬浮液通过液氮快速冷冻，冻干后获得聚苯胺/聚苯乙烯/氧化石墨烯气凝胶，然后进行煅烧；（3）将步骤（2）煅烧后的聚苯胺/聚苯乙烯/氧化石墨烯气凝胶、尿素、Co(NO3)2·
6H2O和(NH4)6Mo7O
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4H2O溶解在去离子水中；然后将溶解在水合肼中的硒粉老化后逐滴加入上述溶液中，再在聚四氟乙烯反应釜中进行水热反应；（4）将步骤（3）所得产物用去离子水和乙醇洗涤，并冷冻干燥；（5）将步骤（4）所得产物在氩气气氛下煅烧得到MoSe2‑
CoSe2/氮掺杂石墨烯气凝胶复合材料。2.根据权利要求1所述的MoSe2‑
CoSe2/氮掺杂石墨烯气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所述氧化石墨烯的制备：将鳞片石墨，硝酸钠和浓硫酸在冰浴下混合搅拌30min，然后，将高锰酸钾缓慢加入到反应体系中，在5℃下持续反应2小时后，将反应物在室温下再搅拌1小时，随之加入去离...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑玉婴，王天义，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：