[发明专利]一种石墨烯/二硫化钼复合电极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及新型化学电源和新能源材料领域，具体公开了一种石墨烯/二硫化钼的复合电极材料及其制备方法。

背景技术

现在使用的化石燃料（石油和煤炭）资源，到21世纪50年代将接近枯竭，而且这种燃料对环境有严重的污染。国际科技界正在寻找新的能源，氢能源是其中之一。氢的燃烧热为28900千卡／千克，大约是汽油燃烧热的三倍。反应产物是水，对环境没有污染，且燃烧生成的水还可继续制氢，反复循环使用。产物水无腐蚀性，对设备无损，所以人们把氢称作干净能源。1976年组成的国际氢能协会，主要研究氢的发生、储存和利用。目前液氢已用作火箭燃料；液氢、液氨或储氢合金贮存的氢气已用作汽车燃料。但由于氢的生产成本高于化石燃料，推广使用尚有困难。氢能源能是一种二次能源，它是通过一定的方法利用其它能源制取的，而不像煤、石油和天然气等可以直接从地下开采、几乎完全依靠化石燃料。在工业上通常采用如下几种方法制取氢气：一是将水蒸气通过灼热的焦炭（称为碳还原法），得到纯度为75%左右的氢气；二是将水蒸气通过灼热的铁，得到纯度在97%以下的氢气；三是由水煤气中提取氢气，得到的氢气纯度也较低；第四种方法就是电解水法，制得的氢气纯度可高达99%以上，这是工业上制备氢气的一种重要方法。但是为了提高电解水制氢的效率，要使用一种有效的催化剂。

过渡金属层状二元化合物因具有良好的光、电、润滑、催化等性能，备受人们的关注。硫化钼便是其中的典型代表之一，MoS₂是一种抗磁性且具有半导体性质的化合物，其中Mo-S棱面相当多，催化性能具有比表面积大，吸附能力强，反应活性高等优点，所以今年来备受关注。但是，虽然MoS₂层状结构是一种很有前途的电化学电极材料，但是未能得到工业化应用，因为MoS₂的导电性能较差。由于石墨烯具有很高的比表面积、超强的力学性能、高的导电和导热等优异性能，因此，本发明使用石墨烯和二硫化钼的复合纳米结构材料作为电极，有利于电极反应过程中的电子传递，增强电极的电化学性能。

在制备石墨烯/二硫化钼的复合电极材料方面，Kun Chang等人以Hummer法制备的氧化石墨烯，L-crysteine和钼酸钠为原料，在水溶液中制备复合材料，并探索了锂离子电池方面的应用。[Kun Chang and Weixiang Chen,L-Crysteine-assisted synthesis of layered MoS2/Graphene composites with excellent electrochemical performances for lithium ion batteries,ACS Nano 5(2011)4720]，复合材料主要用于锂离子电池研究。Yangguang Li等人使用纯有机溶剂N,N-dimethylformamide(DMF，N,N-二甲基甲酰胺)合成了二维的二硫化钼均匀附着在二维石墨烯表面的复合结构材料，并证明复合材料作为电极优异的电解制氢特性[Yangguang Li et al.,MoS2 nanoparticles grown on graphene:an advanced catalyst for the hydrogen evolution reaction,J.Am.Chem.Soc.133(2011)7296]。但这种方法全部使用DMF，而水热合成的原料氧化石墨烯是亲水不亲油的，因此在DMF中的分散很困难，产物很难均匀，其外有机溶剂本身价格贵，后处理也不经济。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种石墨烯/二硫化钼复合电极材料及其制备方法，本发明石墨烯/二硫化钼复合电极材料的制备过程在水和有机物组成的复合溶剂中进行，不仅极大地增强了水热反应过程中产物石墨烯／二硫化钼的均匀性，而且还减少了昂贵有机溶剂DMF的使用。

本发明首先公开了一种石墨烯/二硫化钼复合电极材料的制备方法，具体步骤如下：

1）以石墨为原料，通过氧化插层法制备氧化石墨；

2）将步骤1）制备的氧化石墨用去离子水溶解，超声剥离获得氧化石墨烯溶液，然后向氧化石墨烯溶液中加入DMF、钼酸盐，最后加入还原剂，分散均匀，获得混合溶液；

3）将步骤2）制备的混合溶液转移到反应釜中，在大于等于180℃的温度条件下保温5～10h，将得到的产物离心后，用去离子水多次洗涤除去DMF，干燥，获得石墨烯/二硫化钼复合电极材料产物。

较优的，步骤1）所述氧化插层法选自Hummer法或Staudenmair法。