[发明专利]一种RGO和MoS2复合纳米纸、制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明属于超级电容器电极材料制造技术领域，具体涉及一种RGO和MoS₂复合纳米纸、制备方法及其应用。

背景技术

二维石墨烯和类石墨烯材料由于大的比表面积，而有望成为超级电容器电极材料。在类石墨烯材料中，MoS₂是一种典型二维层状过渡金属硫化物，具有大的层间距、高电化学活性和良好的化学稳定性。MoS₂纳米片间大的层间距存在弱范德华力，有利于阳离子(H⁺、K⁺、Li⁺)的嵌入。通常，MoS₂是2H相的半导体材料，它的导电性很差，在超级电容器电极充放电过程中表现出差的倍率性能和循环稳定性。目前，通过设计不同纳米结构和与其它导电性较好的材料进行复合来解决上述问题，例如和导电聚合、碳纳米管、无定型碳、碳纤维、石墨烯的复合。然而，在大的电流密度下，MoS₂电极表现差的循环性能和倍率性能，且报道MoS₂复合物超级电容器电极材料的工作也不多。二维多孔的RGO结构能增加MoS₂电极的循环性能和倍率性能，主要是因为MoS₂和RGO复合结构能形成三维的通道促进电解质离子的转移，而且多孔的RGO网能提供高导电性。

发明内容

为了克服现有机械剥离MoS₂电极导电性差的问题，本发明采用超声剥离GO和MoS₂纳米片，再将纳米片混合溶液进行抽滤薄膜，最后真空还原得到RGO和MoS₂复合纳米纸，其表现出高体积比容量(在1Ag^-1电流密度下体积比容量为787.1F cm^-3)。RGO和MoS₂复合纳米纸组装的水系和有机系对称超级电容器，能量密度分别为7.6mWh cm^-3和25.8mWh cm^-3，功率密度分别为3.64W cm^-3和14.05W cm^-3，分别循环480000和270000次比容量均能保留100.0％。这些结果都证明RGO与MoS₂复合纳米纸能成为超级电容器电极材料。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

一种RGO和MoS₂复合纳米纸的制备方法，具体步骤如下：

S1.水热法制备MoS₂纳米片：称取Na₂MoO₄·6H₂O和CH₃CSNH₂加入到一定体积的去离子水中，混合均匀，再进行水热反应，然后冷却至室温并清洗样品，于60℃干燥24h，得到MoS₂纳米片；其中，Na₂MoO₄·6H₂O的质量为0.06～0.18g，CH₃CSNH₂的质量为0.18～0.36g；

S2.剥离MoS₂纳米片：称取S1中的MoS₂纳米片粉末加入到一定体积的去离子水中，探针超声，得到分散均匀的MoS₂纳米片水溶液；其中，MoS₂纳米片粉末的质量为0.01～0.08g，去离子水的体积为40～80mL；

S3.剥离GO纳米片：称取一定量的GO纳米片粉末加入到一定体积的去离子水中，探针超声，得到分散均匀的GO纳米片水溶液；其中，GO纳米片粉末的质量为0.03～0.09g，去离子水的体积为40～80mL；

S4.抽滤制备GO和MoS₂复合纳米纸：将S2中MoS₂纳米片水溶液和S3中GO纳米片水溶液按照体积比为1：1～1：10混合均匀，探针超声，真空抽滤GO和MoS₂的混合溶液，自然干燥，剥下滤膜上的薄膜，得到GO和MoS₂复合纳米纸；

S5.热还原制备RGO和MoS₂复合纳米纸：将S4中的GO和MoS₂复合纳米纸在真空下加热还原，得到RGO和MoS₂复合纳米纸。

进一步地，步骤S1中所述去离子水体积为为30～60mL。