[发明专利]一种内嵌MoSx

说明书

一种内嵌MoS_x纳米片的三维有序大孔类石墨烯炭材料、制备与应用，属于功能性纳米复合材料领域。本发明所提供的目标材料主要通过模板‑水热联用法制备：(1)第一步：以硝酸镍前驱液充分浸渍聚甲基丙烯酸甲酯微球模板，抽滤、干燥后在惰性气氛中进行焙烧，降至室温后即可获得作为基体的三维有序大孔类石墨烯炭；(2)第二步：将所得三维炭基体浸入钼酸铵前驱液，之后于200℃下进行水热处理，反应结束后即可得到内嵌MoS_x纳米片的三维有序大孔炭材料。该复合材料具有比表面积高、导电性良好、MoS_x纳米片分散均匀无团聚、结构稳定等优点，用于锂离子电池负极展现出优异的可逆比容量和良好的循环稳定性。

技术领域

本发明涉及一种内嵌MoS_x纳米片的三维有序大孔类石墨烯炭材料及其制备与应用，属于功能性纳米复合材料领域。

背景技术

随着电子产品和电动汽车产业的迅速发展，人们对储能设备的性能提出了更高要求。锂离子电池的商用石墨负极容量有限(372mAh/g)，亟需开发性能更为优异的新一代负极材料。近年来，二硫化钼因其具有与石墨材料类似的层状结构、更高的储锂容量(670mAh/g)以及较低的原料成本，在电化学能源存储与转换领域受到广泛关注。然而，将二硫化钼单独作为锂离子电池负极材料使用时，存在体积膨胀大、导电率低等问题，同时在电极制备和充放电过程中，其二维纳米片很容易发生团聚而进一步影响其对电子、离子的传导，难以稳定地实现优异的储锂性能。

三维多孔结构有连续的电子、离子提供传输路径，孔内的空间能缓冲材料的体积膨胀，同时可分散片层结构避免其团聚，保持材料结构稳定。本申请专利第一发明人也曾开发出一种独创的三维有序大孔炭材料，并验证该种炭材料具有非常优异的电化学储锂性能(中国发明专利，授权专利号：ZL201610565108.4)。另一方面，研究发现，基于层间范德华力作用的二维材料异质结可以有效地实现组分性能互补、层间电荷转移与降低界面电阻，从而构筑该种杂化结构有望大幅提高二维材料的性能(如电学、光学、力学性质)和应用(如在储能、催化、气体传感等领域)，进而为基础科学和技术应用开辟出新的视野。然而，范德华异质结目前主要通过液相法层层自组装或通过气相化学沉积法在平整基底上获得，难以针对特定的应用需求对材料的物理化学性质进行灵活调控。

基于这些因素，将二维层状二硫化钼材料与发明人前期原创的具有三维多孔结构、高比表面积和优异导电性能的石墨烯类炭材料进行复合形成多层次的范德华异质结，不仅有望制备出综合性能更为优异的负极材料，还可以实现先进范德华异质结的可控构建，进而进一步发展材料设计理念与其高效合成手段。

发明内容

本发明的目的在于提出一种内嵌MoS_x纳米片的三维有序大孔类石墨烯炭材料及其制备方法与应用。本发明提供的制备方法简单，制备出的复合材料具有大的比表面积，二维MoS_x纳米片紧密镶嵌于三维有序大孔碳框架内，分散均匀而无团聚。将本发明制得的内嵌MoS_x纳米片的三维有序大孔类石墨烯炭材料用于锂离子电池时，所制备电极表现出良好的倍率和循环性能。

一种内嵌MoS_x纳米片的三维有序大孔类石墨烯炭材料，其特征在于，该复合材料整体具有三维有序大孔结构，其中一级孔径为330～400nm、二级孔径为 150～160nm，二维MoS_x纳米片紧密镶嵌于三维有序大孔炭框架内，三维有序大孔炭基体中内嵌的、单分散的MoS_x纳米片的厚度为10～30nm，其面向长度尺寸大于三维炭的有序大孔直径或与之相当；三维有序大孔炭框架由类石墨烯碳与前驱体硝酸镍衍生出的纳米晶金属镍杂化而成，且金属镍可自由去除而不影响目标材料的主要形貌。

MoS_x纳米片代表硫化钼，包括MoS₂。

本发明提供了内嵌MoS_x纳米片的三维有序大孔类石墨烯炭材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：