[发明专利]多边缘MoS2纳米片/石墨烯复合纳米材料及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及复合纳米材料及其制备方法，尤其涉及多边缘MoS₂纳米片/石墨烯复合纳米材料及其水热制备方法，属于无机复合纳米材料技术领域。

背景技术

二维纳米材料以其独特的形貌具有众多优异的特性，其研究引起了人们的极大兴趣。石墨烯是最典型的二维纳米材料，其独特的二维纳米片结构使其众多独特的物理、化学和力学等性能，具有重要的科学研究意义和广泛的技术应用前景。石墨烯具有极高的比表面积、高的导电和导热性能、高的电荷迁移率，优异的力学性能，这些优异的特性使得石墨烯在微纳米电子器件、储能材料和新型的催化剂载体等方面具有广泛的应用前景。

石墨烯的发现及其研究取得的巨大成功激发了人们对其他无机二维纳米材料研究的极大兴趣，如单层或少层数的过渡金属二硫化物等。作为一种典型和重要的过渡金属二硫化物，MoS₂具有与石墨类似的层状结构，其层内是共价键结合的S-Mo-S单元，层与层之间的结合是较弱的范德华力。这种典型层状结构和弱的范德华力，使MoS₂作为固体润滑剂具有较低的摩擦因数，特别是在高温、高真空等条件下仍具有较低的摩擦系数，是一种优良的固体润滑剂。另外，层状结构MoS₂可以允许外来的原子或离子的嵌入，因此MoS₂层状化合物也是一种很有发展前途的电化学储锂和储镁电极材料。

       最近，石墨烯概念已经从碳材料扩展到其他层状结构的无机化合物，也就是对于层状结构的无机材料，当其层数减少时(约6层以下)，尤其是减少到单层时， 其电子性质或能带结构会产生明显的变化，从而导致其显示了与相应体相材料不同的物理和化学特性。除了石墨烯外，最近研究表明当体相MoS₂减少到少层数（约6层以下时，尤其是单层时），显示了与体相材料明显不同的物理、化学和电子学特性。有研究报道单层或少层数的MoS₂具有更好的电化学贮锂性能和良好的电催化析氢反应活性。但是作为电化学反应的贮锂电极材料和电催化材料，MoS₂的层与层之间低的导电性能影响了其应用的性能。

由于MoS₂纳米片与石墨烯具有类似的二维纳米片形貌，两者在微观形貌和晶体结构上具有很好的相似性。如果将MoS₂纳米片与石墨烯复合制备两者的复合材料，石墨烯纳米片的高导电性能可以进一步提高复合材料的导电性能，增强电化学贮锂和电催化反应过程中的电子传递，可以进一步改善复合材料的电化学贮锂性能和电催化性能。研究表明MoS₂纳米片的电催化析氢反应的催化活性主要来源于其活性位边缘，增加MoS₂纳米片的活性位边缘是增强的电催化性能的一个途径。另外，作为电化学贮锂电极材料，更多边缘的MoS₂纳米片可以提供更多的和相对较短的锂离子扩散通道，有助于增强器电化学贮锂性能。与普通MoS₂纳米片比较，多边缘MoS₂纳米片不仅具有较多的边缘，而且与电解液具有更多的接触面积。因此，这种多边缘MoS₂纳米片/石墨烯的复合纳米材料作为电化学贮锂电极材料和析氢反应电催化剂具有广泛的应用和增强的电化学性能。

但是，到目前为止，多边缘MoS₂纳米片与石墨烯复合纳米材料及其制备还未见报道。本发明以氧化石墨烯和钼酸钠为原料，通过离子液体协助的水热反应途径，制备了少层数的多边缘MoS₂纳米片与石墨烯的复合纳米材料。这种制备多边缘MoS₂纳米片/石墨烯的复合纳米材料的方法具有简单、方便和易于扩大工业化应用的有点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多边缘MoS₂纳米片/石墨烯复合纳米材料及其制备方法，该复合纳米材料是由少层数的多边缘MoS₂纳米片与石墨烯复合构成，多边缘MoS₂纳米片与石墨烯之间的物质的量之比为 1:1-1:4，本发明中少层数指的是6层或6层以下。

作为优选，多边缘MoS₂纳米片的层数优选2-6层。

 上述多边缘MoS₂纳米片/石墨烯复合纳米材料的制备方法按如下步骤进行：