[发明专利]一种掺杂单层二硫化钼片的石墨烯复合薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于复合薄膜的制备领域，特别涉及一种掺杂单层二硫化钼片的石墨烯复合薄膜的制备方法。

背景技术

近年来随着石墨烯等二维层状纳米材料研究热潮的兴起，一类新型的二维层状化合物——类石墨烯二硫化钼引起了物理、化学、材料、电子等众多领域研究人员的广泛关注。类石墨烯二硫化钼是由六方晶系的单层或多层二硫化钼组成的具有“三明治夹心”层状结构的化合物。其中单层二硫化钼由三层原子层构成，中间一层为钼原子层，上下两层均为硫原子层，钼原子层被两层硫原子层相夹形成类“三明治”结构；层内存在强共价键，层间则存在弱范德华力，层间距约为0.65nm。

由于单层二硫化钼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。单层二硫化钼和石墨烯都可作为电极材料和催化剂应用。而将石墨烯与二硫化钼纳米片的复合可提高复合材料的导电性能，增强电化学电极反应和催化反应过程中电子的传输，从而提高复合材料的电化学性能和催化性能。

然而，截至目前，单层二硫化钼的的制备主要是基于化学气相沉积、微机械剥离法，这种方法对实验设备要求较高或反应时间过长，制备的量也很少。从大规模应用考虑，研发一种简单、易于扩大制备掺杂单层二硫化钼与石墨烯复合材料的方法依然是一项具有挑战性的工作。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种掺杂单层二硫化钼片的石墨烯复合薄膜的制备方法，该方法采用锂离子插层法制备单分子层二硫化钼，并通过溶液法可控的制备不同掺杂量和不同厚度的掺杂单层二硫化钼片的石墨烯复合薄膜；该方法制备工艺简单，且在很大程度上其宏观形貌是可调控的，对于扩大工业应用和根据不同应用而制备出形貌结构不同的纳米纤维混合薄膜具有很大的帮助。

本发明的一种掺杂单层二硫化钼片的石墨烯复合薄膜的制备方法，包括：

(1)单层二硫化钼分散液的制备：以二硫化钼为原料，通过锂离子插层法(P.Joensen,R.F.Frindt,S.R.Morrison,Mater.Res.Bull.1986,21,457–461)制备单层二硫化钼，将制备的单层二硫化钼，分散于去离子水中，通过水浴超声和细胞粉碎剥离获得分散性均匀的单层二硫化钼分散液；其中，单层二硫化钼分散在去离子水中的浓度为0.1mg/mL～5mg/mL；

(2)氧化石墨烯分散液的制备：以石墨粉为原料，采用Hummers方法(Hummers WS,Offeman RE.Preparation of graphite oxide.J Am Chem Soc 1958；80:1339)制备氧化石墨，将制备得到的氧化石墨，分散于去离子水中，超声，得到均匀的氧化石墨烯分散液；其中，氧化石墨烯分散在去离子水中的浓度为0.1mg/mL～10mg/mL；

(3)将步骤(1)获得的单层二硫化钼分散液和步骤(2)获得的氧化石墨烯分散液按照体积比为1:1～1:5混合，超声，获得混合均匀的单层二硫化钼与氧化石墨烯混合分散液，用聚四氟乙烯滤膜抽滤成薄膜，真空干燥，得到掺杂单层二硫化钼片的氧化石墨烯复合薄膜；

(4)掺杂单层二硫化钼片的石墨烯复合薄膜的制备：将步骤(3)获得的掺杂单层二硫化钼片的氧化石墨烯复合薄膜放置于氢碘酸溶液中还原，还原时间为2～24h，取出薄膜，清洗，除去多余的氢碘酸溶液，得到掺杂单层二硫化钼片的石墨烯复合薄膜。

所述步骤(1)中锂离子插层法制备单层二硫化钼的方法为：将300mg二硫化钼搅拌分散到3mL正丁基锂的己烷溶液中，在N₂气氛的保护下搅拌48h，加入5mL正己烷溶液稀释反应液，搅拌0.5～3h后，加入去离子水后超声剥离反应10～60min，得到单层二硫化钼。

所述步骤(1)中水浴超声的时间为10～60min。

所述步骤(1)中细胞粉碎剥离的时间为5～30min。

所述步骤(2)中Hummers方法制备氧化石墨的过程为：用高锰酸钾和浓硫酸氧化200～500目的石墨粉，抽滤得到的滤饼置于50～80℃下真空干燥2～12h，研磨得到氧化石墨。

所述步骤(2)中超声的时间为10～60min。

所述步骤(3)中超声时间为5～30min。

所述步骤(3)中聚四氟乙烯滤膜的孔径大小为0.1μm～5μm。

所述步骤(3)中真空干燥的温度为60～90℃，时间为2～12h。

所述步骤(4)中的清洗为用乙醇和去离子水反复清洗。