[发明专利]一种二硫化钼气凝胶的制备方法

说明书

本发明公开了一种二硫化钼(MoS₂)气凝胶的制备方法。该二硫化钼气凝胶的制备方法的制备特征包括：1)以四水合钼酸铵(分子式：(NH₄)₆Mo₇O₂₄·4H₂O)为钼前驱体；2)以巯基丁二酸(分子式：C₄H₆O₄S)为硫前驱体；3)以水为溶剂；4)以聚丙烯酸为添加剂；5)以环氧丙烷为凝胶促进剂；6)通过超临界干燥技术获得二硫化钼气凝胶。本发明的二硫化钼气凝胶的制备方法具有原料易得，工艺简单的特点。所制得的二硫化钼气凝胶的比表面积在200‑500m²/g，孔隙率在99％‑99.5％之间，可应用于催化剂及催化剂载体、锂硫电池电极材料等。

技术领域

本发明属于气凝胶材料制备技术领域，具体涉及一种制备二硫化钼气凝胶的方法。

技术背景

二硫化钼作为一种重要的硫化物材料，在固体润滑、微纳电子器件等方面有着重要的用途。尤其是近年来研究者们发现二硫化钼具有较高的电化学储能性能以及电分解水产氢的催化性能，可以用于高性能锂离子电池及光电化学电极材料。

在上述的应用中，提高二硫化钼材料的比表面积以及优化其孔结构，对于增加具有电化学反应活性的表面位点，从而进一步提升材料性能有着极其重要的作用。气凝胶材料作为一种本征具有大比表面积和可控的孔结构的材料，在理论上可以满足以上的要求。因此，如果能够采用溶胶-凝胶工艺制备出二硫化钼气凝胶材料，对于进一步扩宽其在电化学储能和催化领域的有着重要的意义。

在国内外的文献报道中，目前关于硫化钼(MoS_x)气凝胶制备的方法主要可以分为两类：第一类是在2015年，Worsley等人直接以含硫的金属盐(成分为(NH₄)₂(MS₄)，其中M为金属离子)为前驱体，通过冷冻干燥和后期在氢气中热处理的方法，制备了MoS₂和WS₂气凝胶，并研究了其作为吸附剂和电化学催化产氢催化剂的性能(ACS Nano，2015，9，4698-4705)。所获得二硫化钼/石墨烯复合气凝胶具有高比表面积(323m²/g)的结构特征。第二类是美国西北大学的Kanatzidis研究小组所发明的氧化还原法，采用I₂和(NH₄)₂(MoS₄)直接在甲酰胺中反应，其中I₂与Mo⁶⁺离子之间发生原位的氧化还原反应生成湿凝胶，再通过二氧化碳超临界干燥技术获得MoS_x气凝胶(J.Am.Chem.Soc.2015,137，13943-13948)。以上两种方法均采用了硫代钼酸铵同时作为钼源和硫源。此外，马杰等人在中国发明专利(申请号201610362513.6)中提出了三维石墨烯气凝胶负载二硫化钼纳米片杂化材料的制备方法，并报道了其在染料敏化太阳能电池电极中的应用。刘天西等在中国发明专利(申请号201510444473.5)中报道了一种二硫化钼纳米片/碳气凝胶杂化材料及其制备方法，并认为其可以用于高性能催化剂材料、锂离子电池或太阳能电池等新能源器件的电极材料。吕斌等人在中国发明专利(申请号201510066222.8)中提出了石墨烯气凝胶/二硫化钼/聚苯胺三元复合超级电容器电极材料及制备与应用，通过将二硫化钼/聚苯胺材料担载在石墨烯气凝胶上，获得了具有良好电化学性能的复合气凝胶材料。

从以上的资料总结可知，目前报道的二硫化钼气凝胶材料均是采用价格昂贵且不稳定的硫代钼酸铵作为前驱体，或是通过在已经制备的碳基材料的气凝胶上担载二硫化钼的形式制备复合气凝胶。目前，尚没有直接以溶胶-凝胶方法，结合在乙醇流体中的超临界干燥工艺制备二硫化钼气凝胶的报道。

本发明申请公开了一种以四水合钼酸铵为钼源，巯基丁二酸为硫源，聚丙烯酸为添加剂，环氧丙烷为凝胶促进剂，采用溶胶-凝胶的方法制备二硫化钼湿凝胶。

发明内容