[发明专利]一种二硫化钼与石墨相氮化碳的三维网络框架的制备方法

说明书

本发明公开了一种二硫化钼与石墨相氮化碳的三维网络框架的制备方法，属于多孔材料的制备领域。发明将二硫化钼、氰尿酸和三聚氰胺加入以水为溶剂的反应釜内，固定温度下搅拌并干燥得到前驱体。将前驱体置于具有通入气体功能的炉体内，控制气体流速以及升温速率进行煅烧，得到二硫化钼与石墨相氮化碳层层复合的三维网络框架材料。本发明优点在于：以三聚氰胺与氰尿酸在溶液中自组装形成三聚氰胺氰尿酸盐，并插层到二硫化钼层间，继而作为石墨相氮化碳的碳源与氮源，通过在惰性气体内煅烧产生热缩聚反应，制备出二硫化钼与石墨相氮化碳层层复合材料，且可改变原料的质量比例的方法来控制三维网络框架孔径，过程简单。

技术领域

本发明涉及一种二硫化钼与石墨相氮化碳的三维网络框架的制备方法，属于多孔材料的制备领域，可用于光催化领域以及锂离子电池负极材料领域。

背景技术

二硫化钼(molybdenum disulfide)，缩写为MoS₂，属于过渡金属二硫化物，是一种典型的二维片层材料。单层的MoS₂是两层硫原子夹着一层钼原子的“三明治”夹心结构，层与层之间靠范德华力结合在一起，每层之间的距离约为0.65nm。二硫化钼拥有1.8eV的能带隙，在纳米晶体管拥有很大的发展潜力，可用作线性光电导体和显示P型或N型导电性能的半导体。石墨相氮化碳(graphitic carbon nitride)，缩写为g-C₃N₄，是最为稳定的氮化碳同素异形体，是一种非常有前景的非金属催化剂。已经被广泛应用光分解水制氢、光催化等领域。因其性能优异而受到广泛关注。

目前采用三聚氰胺氰尿酸盐超分子组装体在高温条件的下热缩聚反应可有效制得石墨相氮化碳(Adv.Funct.Mater.2013,23(29):3661–3667.)，以其层状结构可诱导更强的光吸收，能带隙可有效增加0.16eV。三维网状框架结构具有高比表面积和丰富的孔道，能暴露出更多的活性点位，继而提升在催化反应等应用的性能以及多相反应中反应物与产物的传质扩散。二硫化钼与石墨相氮化碳充分接触可形成异质结，因其导带和价带的差异，石墨相氮化碳由于光激发产生的电子或空穴会转移到复合物的导带或价带中，电子空穴分离，复合率降低，从而可以更高效地利用光激发产生的活性粒子，提高催化效率(ChemicalReviews,2016,116(12):7159-7329.)。在锂离子电池负极材料应用方面，石墨相氮化碳可阻挡二硫化钼片层运动防止其团聚，缓解其体积变化引起的机械应力。而三维网络框架可加快锂离子的扩散，使之与二硫化钼能充分接触，有利于材料的快速充放电(Adv.Mater.2014,26,964-969)。

目前针对二硫化钼改性制备网络结构的专利有：二硫化钼与碳的三维多孔网络复合材料及制备方法(公开号：CN 104966817A，2015年10月7日，天津大学)，以氯化钠为分散剂和模板，采用钼酸铵、钼酸钠，硫脲在离子水中溶解并冷冻干燥，混合物在管式炉中煅烧后水洗去除氯化钠，得到产物。三维多孔类石墨烯负载二硫化钼复合材料及制备方法(公开号：CN104966812A，2015年10月7日，天津大学)，采用氯化钠作为分散剂和模板，将其与钼源、硫源和有机碳源充分溶解混合，冷冻干燥并研细，得到混合物；将混合物放入管式炉，于氩气保护下煅烧，得到煅烧产物，得到三维多孔类石墨烯负载二硫化钼复合材料。

制备石墨相氮化碳的专利有：一种制备石墨相氮化碳材料的方法(公开号：CN106540733A，2017年3月29日，太原理工大学)，使用二氰二胺和纳米二氧化硅为前驱体，以微波焙烧和马弗炉焙烧制备出高的比表面积的石墨状氮化碳。一种多孔石墨相氮化碳的合成方法(公开号：CN104843658A，2015年8月19日，常州大学)，以聚苯乙烯或聚甲基丙烯酸甲酯微乳液为硬模板，氰胺、二氰二胺或盐酸胍为前驱体，通过直接混合，干燥，惰性气体的气氛下焙烧即可得到多孔石墨相氮化碳。

发明内容