[发明专利]一种单层WS2与石墨烯复合材料的水热制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及单层WS₂与石墨烯复合材料的水热制备方法，属于无机复合纳米材料制备技术领域。

背景技术

最近，单层二维纳米材料的研究引起了人们的极大兴趣。众所周知，石墨烯是目前研究的最多单层二维纳米材料，石墨烯以其独特的二维纳米片结构具有众多独特的物理、化学和力学等性能，具有重要的科学研究意义和广泛的应用前景。石墨烯具有极高的比表面积、高的导电和导热性能、高的电荷迁移率，优异的力学性能。石墨烯作为微纳米电子器件、新能源电池的电极材料、固体润滑剂和新型的催化剂载体的具有广泛的应用前景。石墨烯的发现及其应用研究激发了人们对其他无机单层二维纳米材料的研究兴趣，如具有单层结构的过渡金属二硫化物WS₂和MoS₂。

WS₂具有类似石墨的典型层状结构。WS₂层状结构为三明治的层状结构，其层内(S-W-S)是很强的共价键结合，层间则是较弱的范德华力，层与层之间容易剥离。具有层状结构的WS₂作为主体材料，通过插入反应，客体原子或分子可以插在主体层间形成插层化合物。由于WS₂层状化合物的层与层之间是通过较弱的范德华力结合的，因此可以允许通过插层在层间引入外来的原子或分子。因此，WS₂层状化合物是一种很有前途的电化学储锂电极材料。但是作为电化学反应的电极材料，WS₂的导电性能较差。

层状结构的无机化合物，但其层数较少时(5层以下)，其电子性能与其层数有密切关系。最近研究揭示与体相材料相比，单层结构的WS₂具有不寻常的物理化学和光电性能， 如：单层结构的WS₂的Raman光谱有明显的变化；单层结构的WS₂作为锂离子电池负极材料也显示了良好的性能。但是由于WS₂本质上是半导体材料，其电子电导率不够高，作为电极材料应用需要增强其导电性能。

由于单层WS₂与石墨烯具有类似的二维纳米片形貌，两者在微观形貌和晶体结构上具有很好的相似性。单层WS₂和石墨烯纳米片都可以作为电极材料和催化剂应用。如果将单层WS₂与石墨烯纳米片复合制备两者的复合材料，石墨烯纳米片的高导电性能可以进一步提高复合材料的导电性能，增强电化学电极反应和催化反应过程中的电子传递，可以进一步改善复合材料的电化学性能和催化性能。另外单层WS₂与石墨烯纳米片的复合，石墨烯纳米片的大Π键可以与WS₂表面电子结构的相互作用，进一步增强电子传递和电荷迁移的能力。因此，这种单层WS₂与石墨烯纳米片的复合纳米材料作为电极材料和催化剂载体等具有广泛的应用和增强的性能。

但是，到目前为止，单层WS₂的制备主要是基于锂离子的插入和剥离的方法，这种方法存在以下缺点：对空气、水分等环境高度敏感，需要消耗大量的有机溶剂，需要较长的时间。从大规模应用考虑，研发一种简单、方便的制备单层WS₂与石墨烯复合材料的方法依然是一项具有挑战性的工作。

本发明采用阳离子表面活性剂，氧化石墨烯和钨酸钠为原料，用方便的水热反应制备单层WS₂与石墨烯的复合材料。但是目前为止，这种方法还未见公开报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种单层WS₂与石墨烯复合材料的水热制备方法。 

单层WS₂与石墨烯复合材料的水热制备方法, 该复合材料是由单层WS₂与石墨烯复合构成，单层WS₂与石墨烯之间的物质量之比为 1:1-1:4，其制备步骤如下：

（1）将氧化石墨烯超声分散在去离子水中，然后加入阳离子表面活性剂，并充分搅拌；

（2）将L-半胱氨酸和钨酸钠依次加入到步骤（1）得到的混合体系中，并不断搅拌使L-半胱氨酸和钨酸钠完全溶解，再加入盐酸羟胺并搅拌混合，钨酸钠与L-半胱氨酸用量的物质量之比为1:5，钨酸钠与盐酸羟胺之间的物质量之比为1:3-1:5，钨酸钠与氧化石墨烯的物质量之比在1:1-1:4；