氮、硫共掺杂石墨烯-二硫化钼纳米复合材料的制备方法

摘要

本发明公开了一种氮、硫共掺杂石墨烯‑二硫化钼纳米复合材料的制备方法，包括将硫脲和钼源溶于乙醇溶液中，所得混合溶液经恒温水浴搅拌得到溶胶凝胶，然后干燥并高温烧结得到所述纳米复合材料的步骤。该纳米复合材料由于二硫化钼与掺杂石墨烯之间存在大量的钼‑氮键（Mo‑N），两相强力结合，其中二硫化钼层间距得以拓宽，类石墨烯载体的掺杂元素种类和含量可调，所得产物可广泛应用于半导体、催化、能源等领域，本发明方法原料丰富、成本低，产率高，操作工艺简单，可适用于批量生产。

说明书

技术领域

本发明涉及一种溶胶凝胶法制备氮、硫共掺杂石墨烯-二硫化钼纳米复合材料的方法。

背景技术

二硫化钼是一种具有类似石墨烯结构钒层状化合物，具有较大的比表面积，且具有独特的结构和良好的物理化学性质，在电子、催化剂和传感器方面都有巨大的发展潜能，备受研究学者的关注。目前，二硫化钼纳米片的主要制备方法分为物理制备法和化学制备法。其中物理制备法大致分为机械剥离法、液相剥离法以及气相沉积法；化学制备法大致分为电化学法、热分解法、水热法以及化学气相沉积法。然而，这些方法都相对比较复杂。

然而，二硫化钼作为一种半导体材料，其导电性有待提高。石墨烯和一些石墨化的碳材料因其本身具有较好的导电性，在电化学领域内可以弥补一些其他材料在导电性不足方面的缺点，二者通过一定的实验方法可以实现结构上的复合，彼此在性能上可以互相弥补；而且石墨烯等碳材料具有较好的稳定性，在一定的电流冲击下依然可以保持结构稳定存在，不会导致电化学性能的下降。文献1（A graphene-like MoS

发明内容

本发明的目的在于克服现有的石墨烯-二硫化钼纳米复合材料合成工艺复杂、产率低、成本高等问题，提供了一种操作简便、低成本、产物可控且可大规模生产氮、硫共掺杂石墨烯-二硫化钼材料的简单制备方法。

本发明提供一种氮、硫共掺杂石墨烯-二硫化钼的制备方法，按照以下操作步骤进行：

将硫脲和钼源溶于乙醇溶液中，所得混合溶液经恒温水浴搅拌得到溶胶凝胶，然后干燥并高温烧结得到氮、硫共掺杂石墨烯-二硫化钼纳米复合材料。

作为优选，在上述混合溶液中可以添加碳源，其中，碳源包括柠檬酸、葡萄糖等各种糖类或碳氢化合物等。

作为优选，钼源为四水合钼酸铵、五氯化钼等可溶性钼盐。

作为优选，钼源和硫脲的质量比为1:5~1:15。

作为优选，乙醇溶液中去离子水和无水乙醇的比例为1:2~1:4之间。

作为优选，于70~95℃下恒温水浴搅拌。

作为优选，干燥温度为80~150℃，干燥时间为10h以上。

作为优选，高温烧结是指在氩气气氛炉中先300-350℃保温2-4h，再在500-1000℃保温4-10h，升温速率为3-8℃.min

与现有技术相比，本发明所述方法操作步骤简单，适合大规模生产；而且原料硫脲既可作为掺杂源对碳材料进行氮、硫掺杂，也能作为二硫化钼的硫源。

附图说明

图1为本发明实例1制备的氮、硫共掺杂石墨烯-二硫化钼的扫描电镜图。

图2为本发明实例1制备的氮、硫共掺杂石墨烯-二硫化钼的透射电镜图。

图3为本发明实例1制备的氮、硫共掺杂石墨烯-二硫化钼的XRD谱图。

图4为本发明实例1制备的氮、硫共掺杂石墨烯-二硫化钼的XPS谱图，其中，a为N1s谱图，b为S2p谱图。。

图5为本发明实例2制备的氮、硫共掺杂石墨烯-二硫化钼的扫描电镜图。

图6为本发明实例2制备的氮、硫共掺杂石墨烯-二硫化钼的XRD谱图。

图7为本发明实例3制备的氮、硫共掺杂石墨烯-二硫化钼的扫描电镜图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行进一步阐述。

实施例1：

将10g硫脲、1g柠檬酸和1g四水合钼酸铵溶于150ml无水乙醇和50ml去离子的混合溶液中，在75℃水浴搅拌至溶胶凝胶状态，将所得溶胶凝胶在烘箱中100摄氏度干燥12h得到前驱体。将所得前驱体装入石英瓷舟中，在管式炉中加热至350℃保温2h，再升温至750℃保温5h，降至室温得到氮、硫共掺杂石墨烯-二硫化钼纳米复合材料。

从扫描电镜图片（见图1）可以看到所制备的氮、硫共掺杂石墨烯-二硫化钼材料呈均匀片层状。

图2是氮、硫共掺杂石墨烯-二硫化钼材料的透射电镜图片，可以进一步看出产物的类石墨烯形貌，且二硫化钼均匀分布在碳片上。

从产物的XRD图（图3）可知，产物具有典型的二硫化钼特征衍射峰，说明已成功合成二硫化钼。

根据产物的XPS（图4）可以看到，氮、硫元素已成功掺杂到石墨烯碳纳米片中。

因此，本发明方法可以成功制备氮、硫共掺杂石墨烯-二硫化钼复合材料。

实施例2：

将10g硫脲和1g四水合钼酸铵溶于150ml无水乙醇和50ml去离子的混合溶液中，在75℃水浴搅拌至溶胶凝胶状态，将所得溶胶凝胶在烘箱中100摄氏度干燥12h得到前驱体。将所得前驱体装入石英舟中，在管式炉中加热至350℃保温4h，再升温至800℃保温10h，降至室温得到氮、硫共掺杂石墨烯-二硫化钼纳米复合材料。

扫描电镜图片（图5）和XRD图（图6）可知产物已成功合成，且呈纳米片状。

实施例3：

将10g硫脲、1g葡萄糖和1.5g四水合钼酸铵溶于150ml无水乙醇和50ml去离子的混合溶液中，在75℃水浴搅拌至溶胶凝胶状态，将所得溶胶凝胶在烘箱中100摄氏度干燥12h得到前驱体。将所得前驱体装入石英舟中，在管式炉中加热至350℃保温2h，再升温至900℃保温5h，降至室温得到氮、硫共掺杂石墨烯-二硫化钼纳米复合材料。

从扫描电镜图片（图7）可以看到产物为片层状。

本发明制备的氮、硫共掺杂石墨烯-二硫化钼具有高的比表面积，导电性能可调节，丰富的电化学活性位点，且二硫化钼和掺杂石墨烯之间具有强结合力，两相比例可调，可广泛应用于半导体、催化和能源等众多领域，如在能源领域中可用于锂离子电池、钠离子电池、钾离子电池和超级电容器。

以上所述的优选实施例仅为本发明的技术实施方案而非限制本发明，但对于本领域技术人员应当来说，本发明可以在形式和细节上作各种更改和变化，而不偏离本发明权利要求书的所保护的范围。