[发明专利]一种二硫化钼/石墨烯空心复合微球及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于微纳米复合材料制备与合成的技术领域，具体涉及一种作为超级电容器电极材料使用并具有空心微球状结构的二硫化钼/石墨烯复合材料及其制备方法。

背景技术

由于出色的物化性质，层状过渡金属二硫化物如二硫化钼、二硫化钒、二硫化锡、二硫化钨等在超级电容器领域受到了人们越来越多的关注。尤其是二硫化钼基复合材料更是成为了当下研究和开发的热点。许多具有不同结构和形貌的二硫化钼基超级电容器电极材料例如花状二硫化钼纳米球、介孔二硫化钼纳米材料、二硫化钼空心微球、二硫化钼纳米团簇、二硫化钼/碳、二硫化钼/二硫化锡、二硫化钼/二氧化锡复合材料等也应运而生[(a) Wang, X.; Ding, J.; Yao, S.; Wu, X.; Feng, Q.; Wang, Z.; Geng, B. J. Mater. Chem. A2014, 2, 15958–15963. (b) Zhou, X.; Xu, B.; Lin, Z; Shu, D.; Ma, L. J. Nanosci. Nanotechnol.2014, 14, 7250–7254. (c) Wang, L.; Ma, Y.; Yang M.; Qi, Y. Electrochim. Acta2015, 186, 391–396. (d) Fang, L.Q.; Liu, G.J.; Zhang, C.Y.; Wu, J.H.; Wei, Y.L. Int. J. Hydrogen Energy2015, 40, 10150–10157. (e) Ilanchezhiyan, P.; Kumar, G.M.; Kang, T.W. J. Alloys Compd.2015, 634, 104–108. (f) Wang, L.; Ma, Y.; Yang, M.; Qi, Y. RSC Adv.2015, 5, 89069–89075.]。但是这些已被报道的二硫化钼基材料作为超级电容器电极材料使用时，其比电容十分有限，往往难以超过200 F g^‒1，且稳定性也常常难以令人满意。其原因在于二硫化钼本身较差的导电性以及在材料制备过程中层状二硫化钼容易聚集造成比表面积较低，从而很大程度上限制了充放电过程中电子的传输和电解质离子的扩散，进而影响了材料的电化学性能。因此，如何通过采用简单经济的方法提升二硫化钼基复合材料的导电性并同时构筑独特的层次性多孔结构增加其比表面积来获得优异性能的二硫化钼基超级电容器电极材料显得至关重要，而且这也成为了目前该领域的难点问题。

发明内容

本发明目的是提供一种具有大比表面积、良好导电性和出色电化学性能的二硫化钼/石墨烯空心复合微球及其简单、方便的合成方法，使之在超级电容器方面产生应用，并丰富二硫化钼基复合材料的种类。

本发明是通过以下技术方案实现的：

首先制备表面带负电的二氧化硅胶体微球，然后通过静电作用在其表面组装一层阳离子聚电解质使之正电化，接下来借助超声辅助的自组装手段再次通过静电作用在正电化的二氧化硅微球表面包覆一层氧化石墨烯从而得到二氧化硅/氧化石墨烯复合微球，然后采用水热法在其表面沉积、生长二硫化钼纳米片并同时将包覆的氧化石墨烯还原成石墨烯从而得到二氧化硅/石墨烯/二硫化钼复合微球，最后，通过水热法用过量氢氟酸将该复合物微球的二氧化硅内核去除进一步合成出二硫化钼/石墨烯空心复合微球，并将其作为超级电容器电极材料使用。一种具有层次性多孔空心微球状结构的二硫化钼/石墨烯复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：

(1)采用已报道的稍加改进的Stöber法制备尺寸均匀且可控的二氧化硅胶体微球[(a) Wang, W.; Gu, B.; Liang, L.; Hamilton, W.A. J. Phys. Chem. B2003, 107, 3400-3404. (b) Wang, W.; Gu, B.; Liang, L.; Hamilton, W.A. J. Phys. Chem. B2003, 107, 12113-12117.]，其表面带有负电性。

(2)通过静电作用在表面带负电的二氧化硅微球表面组装一层阳离子聚电解质聚二烯丙基二甲基氯化铵，从而使之正电化。