本發(fā)明涉及無機納米材料，尤其涉及一種納米復合材料及其制備方法和應用。

背景技術：
目前鋰離子電池作為一種新型高能無污染的化學電源，已受到全球能源化學研究者的青睞，與傳統(tǒng)的一次電池與二次電池相比，鋰離子電池具有放電電壓高、自放電小、無記憶效應等優(yōu)點，廣泛應用于信息、電子、交通、國防軍事等領域．在諸多的過渡金屬材料中，MoS2作為一種類石墨烯的層狀材料，除了在潤滑和催化領等域具有廣泛應用之外，近年科研人員發(fā)現其在鋰電池負極材料領域也有巨大的應用前景。MoS2作為鋰離子電池負極材料的理論容量達到670mAh/g（假設反應過程中每摩爾活性物質有四摩爾電子參加反應）。研究表明大顆粒尺寸的電極材料在充放電過程中容易極化以致容量衰減快，納米材料具有大的比表面積能夠增大與電解液的接觸面積，能夠相對減少電子和離子的擴散長度，從而減少容量的衰減，但是，大的比表面容易導致納米材料團聚，減少與電極液的接觸面積；把納米材料生長在某種基底上是有效減少納米材料團聚的方法之一。近來，迅速發(fā)展的石墨烯材料，由于其具有表面積大、導電性能好、柔韌性好、電化學性能穩(wěn)等優(yōu)點，已經被廣泛地用于化學、生物、電子等領域。在鋰離子電池負極材料方面，石墨烯較其他碳材料具有更加優(yōu)越的脫嵌鋰性能。另外，石墨烯還能作為緩沖層預防納米顆粒在循環(huán)過程中團聚。通常二硫化鉬與石墨烯的復合物都是采用硫代乙酰胺、硫脲等硫源，采用鉬酸銨或鉬酸鈉為鉬源再加入一定量的氧化石墨烯混合均勻進行水熱反應得到二硫化鉬與石墨烯的復合物。二硫化鉬作為一種半導體導電性較差，與石墨烯復合確實能增加材料的導電性有利于電子傳輸，但水熱反應得到的石墨烯導電性并不是很理想，而且水熱反應得到的二硫化鉬并不是原位生長在石墨烯上只是與其混合在一起，片層的二硫化鉬與石墨烯的接觸不夠緊密，這樣會加大了電子傳輸路徑，另一方面水熱反應得到的樣品產量較小，不利于大規(guī)模的生產。

技術實現要素：
本發(fā)明所要解決的技術問題是，克服以上背景技術中提到的不足和缺陷，提供一種比表面積大、化學性能好的二硫化鉬/硫、氮摻雜石墨烯納米片的復合材料，還相應提供一種制備方法簡單，可進行大規(guī)模生產的二硫化鉬/硫、氮摻雜石墨烯納米片的復合材料的制備方法以及在鋰離子電池制備中的應用。為解決上述技術問題，本發(fā)明提出的技術方案為一種二硫化鉬/硫、氮摻雜石墨烯納米片復合材料，所述復合材料中，二硫化鉬負載在硫、氮摻雜的石墨烯納米片上。將MoS2和石墨烯復合形成復合物之后不僅能促進電化學反應過程中電子的傳遞，同時能減緩電極在嵌鋰和脫鋰過程中的體積變化問題，防止MoS2的堆積和粉化。上述的二硫化鉬/硫、氮摻雜石墨烯納米片復合材料中，優(yōu)選的，所述復合材料為直徑為40~100nm的圓片。作為一個總的技術構思，本發(fā)明還提供一種上述的二硫化鉬/硫、氮摻雜石墨烯納米片復合材料的制備方法，包括以下步驟：將四硫代鉬酸銨、氧化石墨烯、硫脲溶于N,N-二甲基甲酰胺（DMF）中，超聲，混合均勻，得到混合溶液，然后將上述混合溶液干燥，最后在保護氣體中進行燒結；所述四硫代鉬酸銨、氧化石墨烯、硫脲的質量比為1~500：15：10~1000。上述的制備方法中，優(yōu)選的，所述N,N-二甲基甲酰胺（DMF）的體積與所述氧化石墨烯質量的對應關系為1mL/mg~1000mL/mg。上述的制備方法中，優(yōu)選的，所述干燥的具體步驟為：在90~110℃下旋轉蒸發(fā)進行初步干燥，然后在80~120℃下進一步真空干燥。上述的制備方法中，優(yōu)選的，其特征在于，所述燒結分為三個階段，第一階段：按1~10℃/min的速率升溫至450℃，保溫1~3h；第二階段：按1~10℃/min的速率升溫至800℃，保溫1~3h；第三階段為降溫過程：按5℃/min的速率降溫至300℃，然后自然降溫至室溫。上述的制備方法中，優(yōu)選的，所述第一階段中，保護氣體為Ar/H2，其中氫氣的體積分數為10%；所述第二、三階段中，保護氣體為氬氣。作為一個總的技術構思，本發(fā)明還提供一種上述的二硫化鉬/硫、氮摻雜石墨烯納米片復合材料在制備鋰離子電池中的應用。本發(fā)明的構思在于：把四硫代鉬酸銨、氧化石墨烯、硫脲按照一定的比例溶解在DMF中使其混合均勻，干燥后置于管式爐中先經過Ar/H2（10%）450℃處理一段時間，使MoS2的前驅體四硫代鉬酸銨熱分解形成MoS2并平鋪在氧化石墨烯上，再經過800℃在氬氣保護的條件下高溫燒結處理，讓硫脲分解產生硫化氫和氨氣，充當硫源和氮源對氧化石墨烯有缺陷的地方摻雜，同時使氧化石墨烯在高溫條件下還原，并使原本尺寸較大的氧化石墨烯在摻雜的同時由于某些化學鍵的斷裂和形成，導致石墨烯的破碎從而減小石墨烯尺寸，最終的得到二硫化鉬/硫、氮摻雜石墨烯納米片復合材料，該材料具有具有原子摻雜改性、比表面積大等特點。與現有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：（1）本發(fā)明中，二硫化鉬負載在硫、氮元素摻雜的石墨烯上，不僅減小了石墨烯的粒徑，而且使復合材料具有原子摻雜改性、比表面積大的特性；（2）本發(fā)明的二硫化鉬/硫、氮摻雜石墨烯納米片復合材料制備方法簡單，可進行大規(guī)模生產；（3）本發(fā)明的二硫化鉬/硫、氮摻雜石墨烯納米片復合材料應用范圍廣，可應用于在鋰離子電池、超級電容器、氫析出、光催化、納米器件等領域。附圖說明為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本發(fā)明實施例1制備的二硫化鉬/硫、氮摻雜石墨烯納米片復合材料的透射電鏡照片（TEM）。圖2為本發(fā)明實施例1制備的二硫化鉬/硫、氮摻雜石墨烯納米片復合材料的x射線光電子能譜分析圖（XPS）。具體實施方式為了便于理解本發(fā)明，下文將結合說明書附圖和較佳的實施例對本發(fā)明作更全面、細致地描述，但本發(fā)明的保護范圍并不限于以下具體的實施例。除非另有定義，下文中所使用的所有專業(yè)術語與本領域技術人員通常理解的含義相同。本文中所使用的專業(yè)術語只是為了描述具體實施例的目的，并不是旨在限制本發(fā)明的保護范圍。除非另有特別說明，本發(fā)明中用到的各種原材料、試劑、儀器和設備等均可通過市場購買得到或者可通過現有方法制備得到。實施例1一種本發(fā)明的二硫化鉬/硫、氮摻雜石墨烯納米片復合材料，該復合材料中，二硫化鉬負載在硫、氮摻雜的石墨烯納米片上；該復合材料為直徑為40~100nm的圓片。本實施例的二硫化鉬/硫、氮摻雜石墨烯納米片復合材料的制備方法，包括以下步驟：分別稱取0.22g四硫代鉬酸銨、0.15g氧化石墨烯、1.5g硫脲，溶解在150mLDMF中超聲混合均勻后，用旋轉蒸發(fā)儀在油浴中110℃旋轉蒸發(fā)除去大部分溶劑后，取出樣品于表面皿中120℃真空干燥，完全干燥后取出后用研缽研細之后置于石英舟內，放在管式爐中，用三通連接氬氣/氫氣(10%)和氬氣，再用肥皂水檢漏，檢查各個接口處有無漏氣現象，確保各處無漏氣現象之后，先通20min氬氣，再換成氬氣/氫氣(10%)，并把升溫程序設置為5℃/min升溫至450℃，保溫3h，再利用三通把氣體換成氬氣，以5℃/min由450℃繼續(xù)升溫至800℃，保溫1h，再以5℃/min降溫至300℃，再自然降溫至室溫，關掉氣體，收集石英舟中的樣品，即為二硫化鉬/硫、氮摻雜石墨烯納米片復合材料。本實施例的二硫化鉬/硫、氮摻雜石墨烯納米片復合材料可應用于鋰離子電池、超級電容器、氫析出、光催化、納米器件等領域。圖1為本實施例制備的二硫化鉬/硫、氮摻雜石墨烯納米片復合材料的透射電鏡照片（TEM）；由圖1可見，二硫化鉬負載在硫、氮摻雜的石墨烯上與其形成40~100nm的納米片。圖2是本實施例制備的二硫化鉬/硫、氮摻雜石墨烯納米片復合材料的x射線光電子能譜分析圖（XPS）。由圖2可知，石墨烯摻雜有硫、氮原子。實施例2一種本發(fā)明的二硫化鉬/硫、氮摻雜石墨烯納米片復合材料，該復合材料中，二硫化鉬負載在硫、氮摻雜的石墨烯納米片上；該復合材料為直徑為40~100nm的圓片。本實施例的二硫化鉬/硫、氮摻雜石墨烯納米片復合材料的制備方法，包括以下步驟：分別稱取0.3g四硫代鉬酸銨、0.15g氧化石墨烯、2g硫脲，溶解在500mLDMF中超聲混合均勻后，用旋轉蒸發(fā)儀在油浴中90℃旋轉蒸發(fā)除去大部分溶劑后，取出樣品于表面皿中100℃真空干燥，完全干燥后取出后用研缽研細之后置于石英舟內，放在管式爐中，用三通連接氬氣/氫氣(10%)和氬氣，再用肥皂水檢漏，檢查各個接口處有無漏氣現象，確保各處無漏氣現象之后，先通20min氬氣，再換成氬氣/氫氣(10%)，并把升溫程序設置為10℃/min升溫至450℃，保溫2h，再利用三通把氣體換成氬氣，以10℃/min由450℃繼續(xù)升溫至800℃，保溫2h，再以5℃/min降溫至300℃，再自然降溫至室溫，關掉氣體，收集石英舟中的樣品，即為二硫化鉬/硫、氮摻雜石墨烯納米片復合材料。本實施例的二硫化鉬/硫、氮摻雜石墨烯納米片復合材料可應用于鋰離子電池、超級電容器、氫析出、光催化、納米器件等領域。實施例3一種本發(fā)明的二硫化鉬/硫、氮摻雜石墨烯納米片復合材料，該復合材料中，二硫化鉬負載在硫、氮摻雜的石墨烯納米片上；該復合材料為直徑為40~100nm的圓片。本實施例的二硫化鉬/硫、氮摻雜石墨烯納米片復合材料的制備方法，包括以下步驟：分別稱取0.2g四硫代鉬酸銨、0.2g氧化石墨烯、2.5g硫脲，溶解在1000mLDMF中超聲混合均勻后，用旋轉蒸發(fā)儀在油浴中100℃旋轉蒸發(fā)除去大部分溶劑后，取出樣品于表面皿中80℃真空干燥，完全干燥后取出后用研缽研細之后置于石英舟內，放在管式爐中，用三通連接氬氣/氫氣(10%)和氬氣，再用肥皂水檢漏，檢查各個接口處有無漏氣現象，確保各處無漏氣現象之后，先通20min氬氣，再換成氬氣/氫氣(10%)，并把升溫程序設置為5℃/min升溫至450℃，保溫3h，再利用三通把氣體換成氬氣，以5℃/min由450℃繼續(xù)升溫至800℃，保溫2h，再以5℃/min降溫至300℃，再自然降溫至室溫，關掉氣體，收集石英舟中的樣品，即為二硫化鉬/硫、氮摻雜石墨烯納米片復合材料。本實施例的二硫化鉬/硫、氮摻雜石墨烯納米片復合材料可應用于鋰離子電池、超級電容器、氫析出、光催化、納米器件等領域。實施例4一種本發(fā)明的二硫化鉬/硫、氮摻雜石墨烯納米片復合材料，該復合材料中，二硫化鉬負載在硫、氮摻雜的石墨烯納米片上；該復合材料為直徑為40~100nm的圓片。本實施例的二硫化鉬/硫、氮摻雜石墨烯納米片復合材料的制備方法，包括以下步驟：分別稱取0.3g四硫代鉬酸銨、0.15g氧化石墨烯、2.0g硫脲，溶解在1200mLDMF中超聲混合均勻后，用旋轉蒸發(fā)儀在油浴中110℃旋轉蒸發(fā)除去大部分溶劑后，取出樣品于表面皿中120℃真空干燥，完全干燥后取出后用研缽研細之后置于石英舟內，放在管式爐中，用三通連接氬氣/氫氣(10%)和氬氣，再用肥皂水檢漏，檢查各個接口處有無漏氣現象，確保各處無漏氣現象之后，先通20min氬氣，再換成氬氣/氫氣(10%)，并把升溫程序設置為5℃/min升溫至450℃，保溫2h，再利用三通把氣體換成氬氣，以5℃/min由450℃繼續(xù)升溫至800℃，保溫1h，再以5℃/min降溫至300℃，再自然降溫至室溫，關掉氣體，收集石英舟中的樣品，即為二硫化鉬/硫、氮摻雜石墨烯納米片復合材料。本實施例的二硫化鉬/硫、氮摻雜石墨烯納米片復合材料可應用于鋰離子電池、超級電容器、氫析出、光催化、納米器件等領域。以上所述僅為本發(fā)明的實施案例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內容所作等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關的技術領域，均包括在本發(fā)明的保護范圍內。