專利名稱：一種石墨烯和MoS₂類石墨烯與無定形碳復(fù)合材料及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種石墨烯和MoS2類石墨烯與無定形碳復(fù)合材料及制備方法及其制 備方法，屬于無機(jī)復(fù)合納米材料、新能源材料及其制備領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
MoS2具有典型三明治層狀結(jié)構(gòu)，其層內(nèi)(S-Mo-S)是很強(qiáng)的共價(jià)鍵，層間則是較弱 的范德華力，層與層之間容易剝離。MoS2具有良好的各向異性與較低的摩擦因數(shù)，MoS2能很 好地附著在金屬表面發(fā)揮潤滑功能，特別是在高溫、高真空等條件下仍具有較低的摩擦系 數(shù)，是一種優(yōu)良的固體潤滑劑。MoS2也是一種良好的催化脫硫的催化劑載體。另外具有層 狀結(jié)構(gòu)的MoS2作為主體晶格可以與不同的客體原子或分子反應(yīng)，客體原子或分子插在主體 層間產(chǎn)生插層化合物。由于在層狀狀化合物中，某一層內(nèi)的原子是通過較強(qiáng)的共價(jià)健結(jié)合 在一起的，而層與層之間是通過較弱的范德華力結(jié)合的，因此可以允許通過插層在層間引 入外來的原子或分子。因此，它也是一種很有前途的電化學(xué)儲(chǔ)鋰、儲(chǔ)鎂電極材料。但是作為 電極材料，MoS2的電化學(xué)性能有待進(jìn)一步改善。石墨烯納米片以其獨(dú)特的二維納米片結(jié)構(gòu)具有眾多獨(dú)特的物理、化學(xué)和力學(xué)等性 能，具有重要的科學(xué)研究意義和廣泛的應(yīng)用前景。石墨烯材料的發(fā)現(xiàn)者獲得2010年諾貝爾 獎(jiǎng)更是激發(fā)了人們對(duì)石墨烯材料研究的極大興趣。石墨烯納米片具有極高的比表面積、高 的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能、超強(qiáng)的力學(xué)性能。最近人們對(duì)石墨烯納米片作為微納米電子器件、電極 材料和新型的催化劑載體的應(yīng)用進(jìn)行了廣泛地研究。由于MoS2具有與石墨類似的層狀結(jié) 構(gòu)，MoS2可以剝離成單層或少層數(shù)的納米片，這種單層或少層數(shù)的MoS2納米片結(jié)構(gòu)被稱為 類石墨烯結(jié)構(gòu)。由于石墨烯納米片和MoS2類石墨烯納米片具有典型的二維納米片結(jié)構(gòu)，石墨烯納 米片和MoS2類石墨烯納米片的復(fù)合可以得到一種新型的復(fù)合材料。由于石墨烯納米片和 MoS2類石墨烯納米片都可以作為有應(yīng)用前景的電極材料和催化劑載體。因此，石墨烯納米 片和MoS2類石墨烯納米片的復(fù)合可以進(jìn)一步增強(qiáng)復(fù)合材料的一些性能。如石墨烯納米片 的高導(dǎo)電性能可以進(jìn)一步提高復(fù)合材料的導(dǎo)電性能，有利于電化學(xué)電極反應(yīng)和催化反應(yīng)過 程中的電子傳遞，增強(qiáng)復(fù)合材料的電化學(xué)性能和催化性能。另外石墨烯納米片與MoS2類石 墨烯納米片的復(fù)合，由于石墨烯納米片的大Π鍵與MoS2表面電子結(jié)構(gòu)的相互作用，會(huì)形成 一種新的不同物質(zhì)之間的電子結(jié)構(gòu)。這種石墨烯納米片與MoS2類石墨烯納米片的復(fù)合納米 材料作為電化學(xué)貯鋰、電化學(xué)貯鎂和催化劑載體等具有廣泛的應(yīng)用和改善的性能。另外，考 慮到石墨烯納米片、MoS2類石墨烯納米片本身及其相互之間的范德華力作用，這些納米片 之間存在相互堆積或團(tuán)聚的趨勢(shì)，如果將石墨烯納米片、MoS2類石墨烯納米片在分散在其 他介質(zhì)中(如無定形的碳材料中)可以有效地抑制這些納米片之間的相互堆積或團(tuán)聚。但 是到目前為止，這種石墨烯納米片/MoS2類石墨烯納米片與無定形碳的復(fù)合材料及其制備 方法還未見公開報(bào)道。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種石墨烯納米片和MoS2類石墨烯納米片與無定形碳的 復(fù)合納米材料及其制備方法，該方法簡便易行，可以大量合成石墨烯納米片和MoS2類石墨 烯納米片與無定形碳的復(fù)合納米材料。復(fù)合材料由石墨烯納米片、MoS2類石墨烯納米片和 無定形碳的復(fù)合構(gòu)成，復(fù)合材料中石墨烯納米片的質(zhì)量百分比為4. 2% -15%, MoS2納米材 料的質(zhì)量百分比為4. 2%-65%，其余為無定形碳，其中石墨烯納米片與MoS2納米材料的物 質(zhì)量之比為1 1-4 1。本發(fā)明提供的石墨烯納米片和MoS2類石墨烯納米片與無定形碳的復(fù)合納米材料 的制備方法，其按如下步驟進(jìn)行1)氧化石墨納米片的制備在0°C冰浴下，按每Ig石墨粉分散到24mL濃硫酸中， 攪拌下加入KMnO4,所加KMnO4的質(zhì)量是石墨的3倍，攪拌30-60分鐘，溫度上升至30_35°C 左右，加入46ml去離子水，攪拌20-30分鐘，加入IOml質(zhì)量濃度30%的H2O2，攪拌5_10分 鐘，經(jīng)過離心分離，用質(zhì)量濃度5% HCl溶液、去離子水和丙酮反復(fù)洗滌后得到氧化石墨納 米片；2)將鉬酸鹽溶解在去離子水中形成0. 02 0. 07M的溶液，加入硫代乙酰胺或硫脲 作為硫源和還原劑，硫代乙酰胺或硫脲與鉬酸鹽的物質(zhì)量的比為5 1 8 1，加入一定 量的葡萄糖，葡萄糖與鉬酸鹽的質(zhì)量的比在4. 5 1 13.4 1之間，再將按第1)步所制 備得到的氧化石墨納米片加入該溶液中，第1)步所用石墨原料的物質(zhì)量與鉬酸鹽的物質(zhì) 量之比為1 1 4 1，超聲處理l_2h，使氧化石墨納米片充分分散在水熱反應(yīng)溶液中， 將該混合物轉(zhuǎn)入內(nèi)襯聚四氟乙烯的水熱反應(yīng)釜中密封，在200-240°C反應(yīng)20-36h，得到的 產(chǎn)物用離心分離，并用去離子水和無水乙醇洗滌、干燥得到中間產(chǎn)物，最后在90% N2-IO% H2氛圍中800°C熱處理2h，得到石墨烯納米片-MoS2類石墨烯納米片與無定形碳的復(fù)合納 米材料。所說鉬酸鹽為鉬酸鈉或鉬酸銨。與現(xiàn)有技術(shù)比較本發(fā)明的方法具有以下突出的優(yōu)點(diǎn)(1)由于石墨烯納米片具有極高的比表面積、超強(qiáng)的力學(xué)性能、優(yōu)異的導(dǎo)電和導(dǎo)熱 等特點(diǎn)，因此本發(fā)明的石墨烯納米片/二硫化鉬類石墨烯納米片與無定形碳的復(fù)合材料具 有增強(qiáng)導(dǎo)電性能和高的力學(xué)性能，有利于電化學(xué)電極反應(yīng)和催化反應(yīng)過程中的電子傳遞和 電極的穩(wěn)定性，增強(qiáng)復(fù)合材料的電化學(xué)性能。另外石墨烯納米片與MoS2類石墨烯納米片的 復(fù)合，由于石墨烯納米片的大Π鍵與MoS2表面電子結(jié)構(gòu)的相互作用，會(huì)形成一種新的不同 物質(zhì)之間的電子結(jié)構(gòu)，參與作用的電子會(huì)高度離域，有利于化學(xué)反應(yīng)過程中電子的快速傳 遞。這種石墨烯納米片/MoS2類石墨烯納米片與無定形碳的復(fù)合材料作為電化學(xué)貯鋰、電 化學(xué)貯鎂、催化劑載體等具有廣泛的應(yīng)用和改善的性能。(2)本發(fā)明用氧化石墨納米片，以及可溶性鉬酸鹽、硫代乙酰胺或硫脲和葡萄糖為 原料，采用原位水熱還原法和隨后的熱處理得到石墨烯納米片/二硫化鉬類石墨烯納米片 與無定形碳的納米復(fù)合材料。無定形碳的存在可疑抑制特處理過程中墨烯納米片、二硫化 鉬類石墨烯納米片本身及其相互之間的團(tuán)聚和長大，并使墨烯納米片和二硫化鉬類石墨烯 納米片均勻分散在無定形的碳材料中，最后可以得到石墨烯納米片/ 二硫化鉬類石墨烯納米片與無定形碳的納米復(fù)合材料。(3)本發(fā)明的反應(yīng)過程中，氧化石墨納米片原位還原成石墨烯納米片，并與原位水 熱反應(yīng)形成的二硫化鉬納米材料和葡萄糖水熱碳化生長的膠狀碳材料復(fù)合得到石墨烯納 米片_ 二硫化鉬納米材料和膠狀碳的復(fù)合材料的中間產(chǎn)物。其優(yōu)點(diǎn)是氧化石墨納米片含 有豐富的含氧官能團(tuán)(如羥基、羰基和羧基等)，在水熱反應(yīng)溶液中被超聲分散以后不再 容易重新團(tuán)聚或堆積在一起，而且氧化石墨表面的官能團(tuán)通過絡(luò)合作用可以將鉬酸根吸附 在氧化石墨納米片的表面，在還原性水熱反應(yīng)過程中可以是原位生成的石墨烯納米片、二 硫化鉬類石墨烯納米片和膠狀碳均勻地復(fù)合，熱處理以后得到石墨烯納米片/ 二硫化鉬類 石墨烯納米片與無定形碳的復(fù)合材料。


圖1.實(shí)施例1制備的石墨烯納米片/MoS2類石墨烯與無定形碳的復(fù)合材料的XRD 和SEM圖，圖中#1衍射峰對(duì)應(yīng)于MoS2類石墨烯納米片之間的距離的，#2衍射峰對(duì)應(yīng)于MoS2 類石墨烯納米片與石墨烯納米片之間的距離，#3衍射峰對(duì)應(yīng)于石墨烯納米片之間的距離， 其余的衍射峰對(duì)于MoS2類石墨烯納米片的(100)，(110)和(201)面。圖2.實(shí)施例3制備的石墨烯納米片/MoS2類石墨烯納米片與無定形碳的復(fù)合材 料的XRD和SEM圖。圖中#1衍射峰對(duì)應(yīng)于MoS2類石墨烯納米片之間的距離的，#2衍射峰 對(duì)應(yīng)于MoS2類石墨烯納米片與石墨烯納米片之間的距離，#3衍射峰對(duì)應(yīng)于石墨烯納米片之 間的距離，其余的衍射峰對(duì)于MoS2類石墨烯納米片的(100)，(110)和(201)面。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1 石墨烯納米片和MoS2類石墨烯納米片與無定形碳的復(fù)合納米材料的制備方法1)氧化石墨納米片的制備在0°C冰浴下，將1.25mmOl(0.015g)石墨粉分散到 20mL濃硫酸中，攪拌下加入KMnO4,所加KMnO4的質(zhì)量是石墨的3倍，攪拌30分鐘，溫度上升 至30°C左右，加入45ml去離子水，攪拌20分鐘，加入IOml質(zhì)量濃度30%的H2O2，攪拌5分 鐘，經(jīng)過離心分離，用質(zhì)量濃度5% HCl溶液、去離子水和丙酮反復(fù)洗滌后得到氧化石墨納 米片；2)將1. 25mmol (0. 303g)鉬酸納溶解在63ml去離子水中，形成0. 02M的溶液， 加入6. 25mmol的硫脲和Ig (5. 56mmol)葡萄糖，攪拌均勻，硫脲與鉬酸鈉的物質(zhì)量的比為 5.0 1，葡萄糖與鉬酸鈉的物質(zhì)量的比為4. 45 1，然后將第1)步用1.25mmOl(0.015g) 的石墨所制備的氧化石墨納米片加入該溶液中，所用石墨物質(zhì)量與溶液中鉬酸鈉物質(zhì)量比 為1 1，超聲處理l.oh，使氧化石墨納米片充分散在水熱反應(yīng)溶液中，然后將該混合物轉(zhuǎn) 移至水熱反應(yīng)釜中，于240°C下水熱反應(yīng)24小時(shí)，自然冷卻，離心分離，用去離子水充分洗 滌后收集并干燥得到中間產(chǎn)物，最后在90% N2-IO^H2氛圍中800°C熱處理2h，得到石墨烯 /MoS2類石墨烯納米片與無定形碳的復(fù)合納米材料，SEM, EDS、XRD和HRTEM分析表明石墨 烯納米片、MoS2類石墨烯納米片與無定形碳材料形成納米復(fù)合材料。復(fù)合材料中石墨烯納 米片的質(zhì)量百分比含量為4. 2 %，MoS2類石墨烯納米片的質(zhì)量百分比含量為55. 9 %，其余為 無定形碳。XRD和SEM圖見圖1。
實(shí)施例2 石墨烯納米片和MO&類石墨烯納米片與無定形碳的復(fù)合納米材料的制備方法1)氧化石墨納米片的制備在0°C冰浴下，將2. 5mmol (0. 03g)石墨粉分散到24mL 濃硫酸中，攪拌下加入KMnO4,所加KMnO4的質(zhì)量是石墨的3. 5倍，攪拌40分鐘，溫度上升至 34°C左右，加入45ml去離子水，攪拌25分鐘，加入12ml質(zhì)量濃度30%的H2O2，攪拌7分鐘， 經(jīng)過離心分離，用質(zhì)量濃度5% HCl溶液、去離子水和丙酮反復(fù)洗滌后得到氧化石墨納米 片；2)將1. 25mmol (0. 303g)鉬酸納溶解在63ml去離子水中，形成0. 02M的溶液， 加入7. 5mmol的硫代乙酰胺和lg(5. 56mmol)葡萄糖攪拌均勻，其中硫代乙酰胺與鉬酸 鈉的物質(zhì)量的比為6 1，葡萄糖與鉬酸鈉的物質(zhì)量的比為4. 45 1，然后將第1)步用 2. 5mmol (0. 03g)的石墨所制備的氧化石墨納米片加入該溶液中，所用石墨物質(zhì)量與溶液中 鉬酸鈉物質(zhì)量比為2 1，超聲處理1.證，使氧化石墨納米片充分分散在水熱反應(yīng)溶液中， 然后將該混合物轉(zhuǎn)移至水熱反應(yīng)釜中，于220°C下水熱反應(yīng)觀小時(shí)，自然冷卻，離心分離， 用去離子水充分洗滌后收集并干燥得到中間產(chǎn)物，最后在90% N2-IO% H2氛圍中800°C熱 處理池，得到石墨烯類石墨烯納米片與無定形碳的復(fù)合納米材料，SEM, EDS、XRD和 HRTEM分析表明石墨烯納米片、MoS2類石墨烯納米片與無定形碳材料形成納米復(fù)合材料。 復(fù)合納米材料中石墨烯納米片的質(zhì)量百分比含量為8.0%，MoS2類石墨烯納米片的質(zhì)量百 分比含量為53.6%，其余為無定形碳。實(shí)施例3 石墨烯納米片和MO&類石墨烯納米片與無定形碳的復(fù)合納米材料的制備方法1)氧化石墨納米片的制備在0°C冰浴下，將5. Ommol (0. 06g)石墨粉分散到25mL 濃硫酸中，攪拌下加入KMnO4，所加KMnO4的質(zhì)量是石墨的4倍，攪拌50分鐘，溫度上升至 35°C左右，加入50ml去離子水，攪拌30分鐘，加入15ml質(zhì)量濃度30 %的H2O2，攪拌10分 鐘，經(jīng)過離心分離，用質(zhì)量濃度5% HCl溶液、去離子水和丙酮反復(fù)洗滌后得到氧化石墨納 米片；2)將1. 25mmol (0. 303g)鉬酸納溶解在63ml去離子水中，形成0. 02M的溶液，加入 IOmmol的硫代乙酰胺和lg(5. 56mmol)葡萄糖攪并拌均勻，硫代乙酰胺與鉬酸鈉的物質(zhì)量 的比為8 1，葡萄糖與鉬酸鈉的物質(zhì)量的比為4. 45 1，然后將第1)步用5.0mmol(0.06g) 的石墨所制備的氧化石墨納米片加入該溶液中，所用石墨物質(zhì)量與溶液中鉬酸鈉物質(zhì)量比 為4 1，超聲處理2. 0h，使氧化石墨納米片充分分散在水熱反應(yīng)溶液中，然后將該混合 物轉(zhuǎn)移至水熱反應(yīng)釜中，于220°C下水熱反應(yīng)M小時(shí)，自然冷卻，離心分離，用去離子水充 分洗滌后收集并干燥得到中間產(chǎn)物，最后在90% N2-IO% H2氛圍中800°C熱處理池，得到 石墨烯類石墨烯納米片與無定形碳的復(fù)合納米材料，SEM, EDS、XRD和HRTEM分析表 明石墨烯納米片、MO&類石墨烯納米片與無定形碳材料形成納米復(fù)合材料。復(fù)合納米材 料中石墨烯納米片的質(zhì)量百分比含量為14. 9 %，MoS2類石墨烯納米片的質(zhì)量百分比含量為 49.6%，其余為無定形碳。XRD和SEM圖見圖2。實(shí)施例4 石墨烯納米片和MO&類石墨烯納米片與無定形碳的復(fù)合納米材料的制備方法1)氧化石墨納米片的制備在0°C冰浴下，將4.5mmOl(0.0Mg)石墨粉分散到23mL濃硫酸中，攪拌下加入KMnO4,所加KMnO4的質(zhì)量是石墨的3. 5倍，攪拌40分鐘，溫度上 升至33°C左右，加入50ml去離子水，攪拌25分鐘，加入15ml質(zhì)量濃度30%的H2O2，攪拌15 分鐘，經(jīng)過離心分離，用質(zhì)量濃度5% HCl溶液、去離子水和丙酮反復(fù)洗滌后得到氧化石墨 納米片；2)將1. 5mmol鉬酸銨溶解在50ml去離子水中，形成0. 03M的溶液，加入9mmol的硫 代乙酰胺和2g(ll. 12mmol)蔗糖攪并拌均勻，硫代乙酰胺與鉬酸銨的物質(zhì)量的比為6 1， 葡萄糖與鉬酸鈉的物質(zhì)量的比為7. 41 1，然后將第1)步用4.5mmOl(0.0Mg)的石墨所制 備的氧化石墨納米片加入該溶液中，所用石墨物質(zhì)量X與溶液中鉬酸鈉物質(zhì)量比為3 1， 超聲處理1.證，使氧化石墨納米片充分分散在水熱反應(yīng)溶液中，然后將該混合物轉(zhuǎn)移至水 熱反應(yīng)釜中，于220°C下水熱反應(yīng)30小時(shí)，自然冷卻，離心分離，用去離子水充分洗滌后收 集并干燥得到中間產(chǎn)物，最后在90% N2-IO% H2氛圍中900°C熱處理池，得到石墨烯/Mc^2 類石墨烯納米片與無定形碳的復(fù)合納米材料，SEM，EDS、XRD和HRTEM分析表明石墨烯納米 片、MO&類石墨烯納米片與無定形碳材料形成納米復(fù)合材料。。復(fù)合納米材料中石墨烯納米 片的質(zhì)量百分比含量為10. 1%，MoS2類石墨烯納米片的質(zhì)量百分比含量為44. 3%，其余為 無定形碳。實(shí)施例5 石墨烯納米片和MO&類石墨烯納米片與無定形碳的復(fù)合納米材料的制備方法1)氧化石墨納米片的制備在0°C冰浴下，將IOmmol (0. 12g)石墨粉分散到24mL 濃硫酸中，攪拌下加入KMnO4，所加KMnO4的質(zhì)量是石墨的3倍，攪拌60分鐘，溫度上升至 35°C左右，加入50ml去離子水，攪拌30分鐘，加入15ml質(zhì)量濃度30 %的H2O2，攪拌10分 鐘，經(jīng)過離心分離，用質(zhì)量濃度5% HCl溶液、去離子水和丙酮反復(fù)洗滌后得到氧化石墨納 米片；2)將5mmol(l· 515g)鉬酸納溶解在63ml去離子水中，形成0. 08M的溶液，加 入40mmol的硫代乙酰胺和24mmol)葡萄糖攪拌均勻，其中硫代乙酰胺與鉬酸鈉 的物質(zhì)量的比為8 1，葡萄糖與鉬酸鈉的物質(zhì)量的比為4. 45 1，然后將第1)步用 IOmmol (0. 12g)的石墨所制備的氧化石墨納米片加入該溶液中，所用石墨物質(zhì)量X與溶液 中鉬酸鈉物質(zhì)量比為2 1，超聲處理池，使氧化石墨納米片充分分散在水熱反應(yīng)溶液中， 然后將該混合物轉(zhuǎn)移至水熱反應(yīng)釜中，于下水熱反應(yīng)36小時(shí)，自然冷卻，離心分離， 用去離子水充分洗滌后收集并干燥得到中間產(chǎn)物，最后在90% N2-IO% H2氛圍中1000°C熱 處理池，得到石墨烯類石墨烯納米片與無定形碳的復(fù)合納米材料，SEM, EDS、XRD和 HRTEM分析表明石墨烯納米片、MoS2類石墨烯納米片與無定形碳材料形成納米復(fù)合材料。 復(fù)合納米材料中石墨烯納米片的質(zhì)量百分比含量為8. 1%, MoS2類石墨烯納米片的質(zhì)量百 分比含量為53. 7%，其余為無定形碳。實(shí)施例6 石墨烯納米片和MO&類石墨烯納米片與無定形碳的復(fù)合納米材料的制備方法1)氧化石墨納米片的制備在0°C冰浴下，將5. Ommol (0. 06g)石墨粉分散到24mL 濃硫酸中，攪拌下加入KMnO4，所加KMnO4的質(zhì)量是石墨的3倍，攪拌45分鐘，溫度上升至 35°C左右，加入50ml去離子水，攪拌25分鐘，加入15ml質(zhì)量濃度30 %的H2O2，攪拌10分 鐘，經(jīng)過離心分離，用質(zhì)量濃度5% HCl溶液、去離子水和丙酮反復(fù)洗滌后得到氧化石墨納米片；2)將1. 25mmol (0. 303g)鉬酸納溶解在63ml去離子水中，形成0. 02M的溶液， 加入IOmmol的硫代乙酰胺和3g(16. 68mmol)葡萄糖攪并拌均勻，硫代乙酰胺與鉬酸鈉 的物質(zhì)量的比為8 1，葡萄糖與鉬酸鈉的物質(zhì)量的比為13.34 1，然后將第1)步用 5. Ommol (0. 06g)的石墨所制備的氧化石墨納米片加入該溶液中，所用石墨物質(zhì)量X與溶液 中鉬酸鈉物質(zhì)量比為4 1，超聲處理2. Oh，使氧化石墨納米片充分分散在水熱反應(yīng)溶液 中，然后將該混合物轉(zhuǎn)移至水熱反應(yīng)釜中，于220°C下水熱反應(yīng)27小時(shí)，自然冷卻，離心分 離，用去離子水充分洗滌后收集并干燥得到中間產(chǎn)物，最后在90% N2-IO% H2氛圍中850°C 熱處理池，得到石墨烯類石墨烯納米片與無定形碳的復(fù)合納米材料，SEM，EDS、XRD和 HRTEM分析表明石墨烯納米片、MoS2類石墨烯納米片與無定形碳材料形成納米復(fù)合材料。 復(fù)合納米材料中石墨烯納米片的質(zhì)量百分比含量為11.0%，MoS2類石墨烯納米片的質(zhì)量百 分比含量為36. 7%，其余為無定形碳。實(shí)施例7 石墨烯納米片和MO&類石墨烯納米片與無定形碳的復(fù)合納米材料的制備方法1)氧化石墨納米片的制備在0°C冰浴下，將2. 5mmol (0. 03g)石墨粉分散到24mL 濃硫酸中，攪拌下加入KMnO4,所加KMnO4的質(zhì)量是石墨的3. 5倍，攪拌50分鐘，溫度上升至 33°C左右，加入50ml去離子水，攪拌25分鐘，加入12ml質(zhì)量濃度30 %的H2O2，攪拌10分 鐘，經(jīng)過離心分離，用質(zhì)量濃度5% HCl溶液、去離子水和丙酮反復(fù)洗滌后得到氧化石墨納 米片；2)將2. 5mmol (0. 606g)鉬酸納溶解在63ml去離子水中，形成0. 04M的溶液，加 入12. Ommol的硫脲和2g(ll. 12mmol)葡萄糖，攪拌均勻，硫脲與鉬酸鈉的物質(zhì)量的比為 5.0 1，葡萄糖與鉬酸鈉的物質(zhì)量的比為4. 45 1，然后將第1)步用2.5mmol(0.03g)的 石墨所制備的氧化石墨納米片加入該溶液中，所用石墨物質(zhì)量X與溶液中鉬酸鈉物質(zhì)量比 為1 1，超聲處理1. ，使氧化石墨納米片充分分散在水熱反應(yīng)溶液中，然后將該混合物 轉(zhuǎn)移至水熱反應(yīng)釜中，于230°c下水熱反應(yīng)沈小時(shí)，自然冷卻，離心分離，用去離子水充分 洗滌后收集并干燥得到中間產(chǎn)物，最后在90% N2-IO^H2氛圍中920°C熱處理池，得到石墨 烯類石墨烯納米片與無定形碳的復(fù)合納米材料，SEM, EDS、XRD和HRTEM分析表明石墨烯納米片、MoS2類石墨烯納米片與無定形碳材料形成納米復(fù)合材料。。 復(fù)合納米材料中石墨烯納米片的質(zhì)量百分比含量為4.8%，MoS2類石墨烯納米片的質(zhì)量百 分比含量為64. 2%，其余為無定形碳。
權(quán)利要求
1.一種石墨烯和臨&類石墨烯與無定形碳復(fù)合材料，其特征在于復(fù)合材料由石墨烯納 米片、MoS2類石墨烯納米片和無定形碳的構(gòu)成，復(fù)合材料中石墨烯納米片的質(zhì)量百分比為 4.2% -15%, MoS2納米材料的質(zhì)量百分比為4.2% -65%，其余為無定形碳，其中石墨烯納 米片與MoS2納米材料的物質(zhì)量之比為1 1-4 1。
2.制備權(quán)利要求1所述的一種石墨烯和MoS2類石墨烯與無定形碳復(fù)合材料，其特征在 于制備方法按如下步驟進(jìn)行1)氧化石墨納米片的制備在0°C冰浴下，按每0.015-0.12g石墨粉分散到20-25mL濃 硫酸中，攪拌下加入KMnO4，所加KMnO4的質(zhì)量是石墨的3_4倍，攪拌30-60分鐘，溫度上升 至30-35°C左右，加入46ml去離子水，攪拌20-30分鐘，加入IOml質(zhì)量濃度30%的H2O2，攪 拌5-10分鐘，經(jīng)過離心分離，用質(zhì)量濃度5% HCl溶液、去離子水和丙酮反復(fù)洗滌后得到氧 化石墨納米片；2)將鉬酸鹽溶解在去離子水中形成0.02 0. IOM的溶液，加入硫代乙酰胺或硫脲作為 硫源和還原劑，硫代乙酰胺或硫脲與鉬酸鹽的物質(zhì)量的比為5 1 8 1，加入一定量的 葡萄糖，葡萄糖與鉬酸鹽的質(zhì)量的比在4. 5 1 13.4 1之間，再將按第1)步所制備得 到的氧化石墨納米片加入該溶液中，第1)步所用石墨原料的物質(zhì)量與鉬酸鹽的物質(zhì)量之 比為1 1 4 1，超聲處理l_2h，使氧化石墨納米片充分分散在水熱反應(yīng)溶液中，將該 混合物轉(zhuǎn)入內(nèi)襯聚四氟乙烯的水熱反應(yīng)釜中密封，在200-240°C反應(yīng)20-36h，得到的產(chǎn)物 用離心分離，并用去離子水和無水乙醇洗滌、干燥得到中間產(chǎn)物，最后在90% N2-IO%吐氛 圍中800°C -1000°C熱處理2h，得到石墨烯納米片/MoS2類石墨烯納米片與無定形碳的復(fù)合 材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種石墨烯納米片和MoS2類石墨烯納米片與無定形碳的復(fù) 合納米材料的制備方法，其特征在于所說鉬酸鹽為鉬酸鈉或鉬酸銨。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種石墨烯納米片/MoS2類石墨烯納米片與無定形碳的復(fù)合材料及其制備方法，其特征在于復(fù)合材料由石墨烯納米片、MoS2類石墨烯納米片和無定形碳的復(fù)合構(gòu)成，復(fù)合材料中石墨烯納米片的質(zhì)量百分比為4.2％-15％，MoS2納米材料的質(zhì)量百分比為4.2％-65％，其余為無定形碳，其中石墨烯納米片與MoS2納米材料的物質(zhì)量之比為1∶1-4∶1。制備方法包括先用化學(xué)氧化法將石墨制備成氧化石墨納米片，然后將均勻?qū)⒀趸{米片均勻地分散到鉬酸鹽、硫代乙酰胺或硫脲、葡萄糖的溶液中，通過水熱反應(yīng)得到中間產(chǎn)物，中間產(chǎn)物在高溫下熱處理后得到石墨烯納米片/MoS2類石墨烯納米片與無定形碳的復(fù)合納米材料。本發(fā)明的方法具有反應(yīng)條件溫和和工藝簡單的特點(diǎn)。本發(fā)明合成的石墨烯納米片/MoS2類石墨烯納米片與無定形碳的復(fù)合納米材料作為電化學(xué)儲(chǔ)鋰、電化學(xué)儲(chǔ)鎂電極材料和催化劑載體具有廣泛的應(yīng)用。
文檔編號(hào)H01M4/1393GK102142558SQ20111004654
公開日2011年8月3日 申請(qǐng)日期2011年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月25日
發(fā)明者常焜, 李輝, 陳衛(wèi)祥, 馬琳 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)