[发明专利]在柔性碳基底生长垂直二硫化钨的方法、二硫化钨-碳复合材料及应用

说明书

本发明公开了一种在柔性碳基底生长垂直二硫化钨的方法、二硫化钨‑碳复合材料及应用。所述方法包括：在碳纳米管薄膜上生长形成碳镀层，得到碳镀层/碳纳米管复合薄膜；在其表面生长三氧化钨，得到三氧化钨/碳镀层/碳纳米管复合薄膜；再进行硫化处理，使形成的二硫化钨纳米片垂直生长于碳镀层/碳纳米管复合薄膜上，制得二硫化钨‑碳复合材料。本发明通过化学气相沉积方法，在易于滑移变形的CNT薄膜表面沉积碳镀层，可阻止CNTs的滑移，改善基底的稳定性，进而有效实现二硫化钨纳米片的垂直生长，制备过程简单，易于控制；并且，制备得到的二硫化钨纳米片垂直率高，在很大程度上保证较多的活性边缘暴露，在电化学领域应用前景广泛。

技术领域

本发明涉及一种在柔性碳基底上生长二硫化钨的方法，特别涉及一种在柔性碳纳米管薄膜基底上生长垂直二硫化钨纳米片的方法及其所获二硫化钨-碳复合材料与应用，属于过渡金属硫化钨-纳米碳复合材料技术领域。

背景技术

碳纳米管(CNT)薄膜是由许多根的CNTs互相搭接形成错综复杂的导电网络，具备高强度、高模量、高导电率等特性，被广泛用于智能材料领域。二硫化钨(WS₂)是一类典型的过渡金属硫族化合物，它属于六方晶系，层内是很强的S-W-S共价键，层间是较弱的范德华力，单层厚度约为0.65nm。二硫化钨纳米片层的制备方法有胶带剥离、水热法以及化学气相沉积(CVD)的方法。由于CVD的制备方法操作简单，且可以精细化控制。近些年来成为制备WS₂纳米片的主要手段。对于WS₂而言，其暴露的活性边缘有较大的电化学活性，可用于电池、电化学析氢以及电化学驱动器等领域。但是由于WS₂容易团聚，极易铺展叠层，这进一步抑制了活性边缘的暴露，再加上其较差的导电性，导致其优异的性能无法得到充分利用。

例如，现有专利CN105280900A公开了一种二硫化钨/石墨烯纳米带复合材料及其制备方法，CN110911544A公开了一种轻质柔性纸基1T相二硫化钨/碳纳米管复合热电材料及其制备方法，但是，目前部分CNT薄膜和WS₂复合结构制备简单，多为分散液的简单吸附，无法形成有效的以及稳固的复合结构；并且，通过化学气相沉积的方法制备的CNT薄膜和WS₂复合结构，由于CNT薄膜内部的CNT之间容易滑移，所以其上二次生长的WS₂更趋向于水平方向的堆叠，造成大部分WS₂边缘活性位点被遮蔽。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种在柔性碳基底生长垂直二硫化钨的方法，以克服现有技术的不足。

本发明的另一目的还在于提供一种二硫化钨-碳复合材料及其应用。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

本发明实施例提供了一种在柔性碳基底生长垂直二硫化钨的方法，其包括：

提供碳纳米管薄膜；

在所述碳纳米管薄膜上生长形成碳镀层，得到碳镀层/碳纳米管复合薄膜；

在所述碳镀层/碳纳米管复合薄膜上生长形成三氧化钨，得到三氧化钨/碳镀层/碳纳米管复合薄膜；

对所述三氧化钨/碳镀层/碳纳米管复合薄膜进行硫化处理，使形成的二硫化钨纳米片垂直生长于碳镀层/碳纳米管复合薄膜上，制得二硫化钨/碳镀层/碳纳米管复合薄膜，即二硫化钨-碳复合材料。

本发明实施例还提供了由前述方法制得的二硫化钨-碳复合材料，其包括作为柔性碳基底的碳镀层/碳纳米管复合薄膜，以及垂直生长于柔性碳基底上的二硫化钨纳米片。

本发明实施例还提供了所述二硫化钨-碳复合材料于超级电容器领域中的应用。

与现有技术相比，本发明的显著优点和有益效果至少在于：