[发明专利]一种硫化钼/三氧化二铁复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种硫化钼/三氧化二铁复合材料及其制备方法和应用，所述复合材料的结构为：三氧化二铁纳米棒生长于硫化钼纳米片上。制备方法包括：通过液相法剥离硫化钼矿石得到硫化钼纳米片，然后通过溶剂转移法将其转移到水中并超声分散得到硫化钼纳米片水相分散液；通过化学浴沉积法在硫化钼纳米片上生长三氧化二铁前驱体纳米结构，后通过高温热处理得到硫化钼/三氧化二铁复合材料。本发明的复合材料具有良好均匀性和一致性，材料电化学活性好、导电性好，使用该复合材料作为超级电容器电极材料时，具有较好的充放电倍率及循环稳定性；而且制备过程方便环保，反应温度低，安全系数高，易于工业化生产。

技术领域

本发明属于过渡金属硫族化合物-过渡金属氧化物材料及其制备领域，特别涉及一种硫化钼/三氧化二铁复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

铁氧化物纳米材料作为金属氧化物的一员，是非常重要的无机纳米材料。由其化学性质稳定，合成简单容易得到，且成本低廉，环境友好，又其有良好的抗腐烛性、磁学性能等特性，因而被广泛应用在磁性涂料、精细陶瓷、塑料制品、电子材料、油墨、微电子学、传感器、催化剂、废水处理等工业方而及生物医学方面，并且在未来有望开发新的用途，所以铁氧化物纳米材料的性质以及形貌已经成为科学研究的重要内容。高比表面积和孔隙率对于高性能电极材料是很重要的，其不仅通过缩短扩散路径促进离子传输，而且通过在广范围的活性位点中插入离子而增加电化学活性表面积。具有富集多孔结构的晶体由于不均匀的纳米晶体或纳米晶体的非紧密堆积是有前途的能量存储材料。具有可控结构的介观晶体在能量存储和转换中拥有显着增强的化学和物理性质。不幸的是，氧化铁晶体的合成被聚合物添加剂困扰，它能短时稳定初级纳米颗粒，但是会导致严重的问题，例如对合成方法敏感的不同添加剂，后处理(高温煅烧)后表面活性位点会显著降低。因此，非常需要开发一种具有足够孔隙的赤铁矿晶相的简单且无添加剂的纳米材料。

MoS₂是具有层状结构的过渡金属硫化物，最近被发现作为用于超级电容器和锂离子电池(LIB)的常见电极材料。该材料由通过范德华相互作用堆叠在一起的S-Mo-S原子层组成。这种分层结构允许小半径的离子，例如锂离子，可逆地插入层之间的通道中，而在其整个尺寸上没有大的体积膨胀。由于MoS₂作为石墨的类层状结构，已经有许多相应的方法被设计出来制备少层的MoS₂纳米片。由于2D结构产生的大的有效表面积，以及与石墨烯相比拥有更高的容量，MoS₂纳米片具有巨大的替代石墨烯的潜力，并且成为一个的下一个在能量储存领域受重视的材料。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种硫化钼/三氧化二铁复合材料及其制备方法和应用，该方法易于操作，反应温度低，制备过程环保、产品质量好，性能稳定，工艺简单、重现性好、易于实施。制备得到具有优异电化学性能的硫化钼/三氧化二铁复合材料。

通过将MoS₂与铁氧化物纳米材料复合，可以有效的发挥两者材料的优势所在，而客服了单一材料面临的一些缺点。硫化钼/三氧化二铁复合结构增加了电极/电解液的接触，提供了更多的电化学活性位点，并且这种结构还能有效缓解充放电过程中的体积变化；引入三氧化二铁纳米棒有效的阻止了硫化钼纳米片的重新堆叠，使得该材料运用到超级电容器或者锂离子电池电极材料中具有优异的性能。

本发明的一种硫化钼/三氧化二铁复合材料，所述复合材料的结构为：三氧化二铁纳米棒生长于硫化钼纳米片上；其中，硫化钼纳米片的横向尺寸为200～400nm。

所述三氧化二铁纳米棒的尺寸为80～120nm。

所述的硫化钼/三氧化二铁复合材料的制备方法，包括：

(1)将辉钼矿加入到有机溶剂中，超声5～30h，沉降，抽滤，得到硫化钼纳米片；然后通过溶剂转移法将硫化钼纳米片转移至低沸点溶剂中，超声分散，得到硫化钼纳米片分散液；其中，硫化钼纳米片分散液的浓度为0.5～0.8mg/mL。