[发明专利]溶剂热法制备三维纳米层状结构WS2及其电化学应用

说明书

技术领域

本发明属于新能源材料及其应用领域，涉及溶剂热法制备三维纳米层状结构WS₂及其电化学应用。

背景技术

无机层状材料二硫化钨由于其特殊的微观结构和组成，已经广泛应用于固体润滑剂或者润滑油添加剂。此外，二硫化钨在催化剂、锂电池、储氢、电化学等方面也有着广泛的应用前景。

锂离子电池是新一代的化学电源，与传统的碳性电池，碱性电池和铅酸电池相比，锂离子电池具有明显的优点，例如电压高、比能量高、自放电率低、循环性能好等。而且，作为消费电子市场和新能源汽车领域最好的可移动储能设备，锂离子一直是化学电源研究领域的热点之一，持续吸引着广泛关注和研究开发。目前，用于锂离子电池负极材料的主要有碳材料，金属氧化物，过渡金属硫化物以及它们的参杂或包覆化合物。燃料电池以其高效、无污染等优点成为近几年研究的热点，氢能源作为燃料电池阳极燃料也越来越受人关注。相比于贵金属(Pt、Pd)，金属硫化物价格廉价，而且众多的科研成果表明其析氢催化效率已经接近贵金属甚至超过贵金属。

过渡金属硫化物，如二硫化钼(MoS₂)，二硫化钨(WS₂)，二硫化钒(VS₂)，二硫化钴(CoS₂)等是一类具有电化学活性的材料。其中，层状结构的WS₂，因其较大的比表面积和较好的面内导电性，而被认为是高效的、极具希望的化学能源器件电极材料。

目前，层状WS₂材料的制备方法主要有化学气相沉积法(CVD)、化学或物理剥离法、高温固相法和水热法等。CVD法使用化学气相沉积设备，成本高，条件苛刻且产量低；化学剥离和物理剥离方法都需要对商品化WS₂样品进行长时间低功率的超声处理，效率低，且产量极低；而固相法，将钨源和硫源置于惰性环境中高温长时间反应，得到片状WS₂，但该反应能耗高，且可能有硫蒸汽和SO₂气体产生；此外，水热法通常使用六氯化钨(WCl₆)和硫代乙酰胺(TAA),反应温度通常在265℃，反应时间为24h甚至更长,反应过程有SO₂产生，且超高温水热有一定危险性。

所以研究出一个反应条件温和、成本低、无污染、效率高制备层状WS₂材料的方法是材料技术领域重要的研究前沿。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种三维纳米层状结构WS₂溶剂热合成方法，该方法条件温和、成本低、无污染、效率高；本发明的目的之二在于提供一种三维纳米层状结构WS₂；本发明的目的之三在于提供一种其电极正极中含有所述三维纳米层状结构WS₂的锂离子电池；本发明的目的之四在于提供所述三维纳米层状结构WS₂在制备电催化析氢反应电极的应用。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种三维纳米层状结构WS2溶剂热合成方法，包括以下步骤:以钨酸和S粉为反应物，辛胺和正己醇的混合溶液为溶剂，18～25℃条件下搅拌30～50min，然后将混合溶液在180～240℃恒温条件下进行溶剂热合成反应24～48小时，待反应液冷却至18～25℃后，过滤收集固体产物，并用乙醇和去离子水清洗并干燥，将得到的固体产物在氮气氛围中400-750℃条件下热处理1～3h，即得到三维纳米层状结构WS2。

优选的，所述钨酸的质量分数为60％～66％。

优选的所述溶剂中辛胺和正己醇体积比例为7～3:1。

优选的，所述反应物钨酸与S粉的质量比为125:64～80。

优选的，所述反应物总质量与溶剂总体积比为(189～205):24，单位mg/ml。

优选的，分别依次用乙醇和去离子水对固体产物各洗3遍。

所述溶剂热合成方法制备的三维纳米层状结构WS2。

一种锂离子电池，其电极正极中含有权利要求3所述三维纳米层状结构WS2。

所述三维纳米层状结构WS2在制备电催化析氢反应电极的应用。

本发明的有益效果在于：