[发明专利]花苞状硫化钼-二氧化钛-B复合材料的制备方法及其产品和应用

说明书

本发明公开了一种花苞状硫化钼‑二氧化钛‑B复合材料的制备方法及其产品和应用，以两步水热合成为基础，首先水热煅烧制备TiO₂‑B材料；接着与含硫的钼酸铵溶液继续进行水热合成反应，最终得到花苞状硫化钼‑二氧化钛‑B复合材料。这种新型的花苞状硫化钼/‑二氧化钛‑B复合材料中硫化钼和氮化碳之间由于异质结结构的存在，能够确保电子在界面间快速迁移，因此所制备的复合材料显示出优异的电化学性能，在电极材料领域方面有很大的应用潜力。

技术领域

本发明属于无机纳米非金属材料制备领域，具体涉及一种一种花苞状硫化钼-二氧化钛-B复合材料的制备方法及其产品和应用。

背景技术

随着太阳能和风能等清洁能源在现代生活和工业中的广泛应用,储能设备的发展已成为当务之急。锂离子电池作为当今主要的储能设备，因其高能量密度、低自放电和环境友好等特性,引起了科学界和工业领域的广泛关注。在过去的几年中，人们对片状结构电极材料在锂离子电池中应用给予了大量的关注，如石墨烯、过渡金属碳化物(MXenes)、层状过渡金属硫化物等，因为它们具有优异的电学、光学和机械性能。硫化钼作为一种典型的层状过渡金属硫化物，具有三明治结构，有利于锂离子在层间的快速扩散，因而在锂离子电池材料上应用潜力巨大；然而硫化钼的导电性差影响了它的电化学性能。因此，人们试图将硫化钼与导电性好的材料复合构造复合纳米结构。

TiO₂-B是一种亚稳晶型的二氧化钛材料，是一种比金红石和锐钛矿的密度小、结构松散的介稳态氧化钛同质变体。TiO₂-B相最初是由Marchand等在1980年制备出来的；之后 Banfield通过K₂Ti₄O₉的离子交换、热处理发现了TiO₂-B。在光催化，锂电池，传感器等领域有很良好的应用前景。TiO₂-B最卓越的结构特点在于晶体结构中存在沿着[010]方向的特征平行通道，在用在锂电池上的时候，有利于锂离子在通道内的结合与扩散。相比于锐钛型和金红石等晶型，有更高的可逆比容量。Kobayashi等人首次报道了TiO₂-B纳米粒子的合成，纳米粒子的直径为3-6 nm；Armostrong等人首次合成了TiO₂-B纳米线，直径为20-40nm； Liu等人（Advanced Materials, 2011, 23, 3450）制备了具有多级结构的TiO₂-B，所制备的材料是由非常薄的TiO₂-B纳米片构成。TiO₂-B材料的微观结构不断在进行优化和改进，不论是纳米线，片状或者多级结构的TiO₂-B，它们的表面积较小，在锂电池电极材料的应用上，会收到一定程度的限制。

近期的文献和理论研究结果表明，二硫化钼作为电极的电化学活性与其二维层状结构边缘的活性位点有关，设计具有纳米结构的三维MoS₂空间材料并最大化的暴露其边缘催化活性位点数量是提高其电极活性的有效途径。将MoS₂薄层有效复合于TiO₂-B材料中，会明显降低硫化钼与二氧化钛纳米结构的界面电阻，显著提高反应效率。中国发明专利CN111383849A报道了一种二硫化钼/氮掺杂二氧化钛复合纳米管的制备方法，研究发现该复合材料具有良好的电化学性能。

目前二硫化钼与二氧化钛材料的复合制备方法主要包括原位混合法、物理法等，但是这些方法最终所能达到的效果均不尽人意，二硫化钼与二氧化钛材料不能完全有机结合，并且这些合成方法相对比较复杂，过程繁琐，耗时长，产率低，二硫化钼/二氧化钛复合材料也不具备一定的优异的结构构型。

现阶段有必要发展可控和重复性好的方法，来制备二硫化钼/二氧化钛复合材料；同时制备出的复合材料能够保持良好的纳米构型。本发明提出了一种新的将MoS₂薄层有效复合于TiO₂-B材料制备方法，两者形成了特定的异质结结构，并且能够保持良好的花苞状纳米构型。该材料用于电极方面活性效果明显，在锂离子电池电极材料以及电容器材料领域有着广阔的应用前景。