[发明专利]二维介孔聚苯胺/MoS2复合纳米材料的制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种应用于超级电容器上的二维介孔复合纳米材料，尤其涉及一种二维介孔聚苯胺/MoS₂复合纳米材料的制备方法和应用。

背景技术

近年来，具有类似石墨烯层状二维结构的MoS₂由于其丰富的价态、良好的柔性、超大的比表面积等优势在超级电容器应用领域成为研究热点。研究表明，MoS₂通常处于2H相，其较低的导电率极大地限制了材料的电容量提升；导电性良好的1T相MoS₂在充放电过程中极易发生严重聚集和结构塌陷，从而显著降低了其电导率和电容量。

导电聚合物如聚苯胺由于其低成本、高导电性及可通过化学改性调节的氧化还原活性而在电容器电极材料研究领域引起了广泛关注。介孔导电聚合物兼具介孔结构和导电聚合物的优点，能为电极材料提供互联的导电网络和超大的比表面积，特定的孔道缩短了电解质由材料表面运输到内部的扩散距离，同时能缓冲材料在充放电过程中带来的体积变化。

因此，研究人员期望将MoS₂与介孔导电聚合物复合制备孔结构可控的二维异质复合纳米材料，从而达到材料电容量及稳定性提升的目的。嵌段共聚物的溶液自组装为构建尺寸可控、结构有序的介孔纳米材料提供了通用策略，具有不同链段结构的共聚物已被证明是制备可控孔结构和尺寸的理想软模板。例如，Liu Shaohua等人在2015年报道了利用不同链段长度的PS-b-PEO两嵌段共聚物为模板制备了聚吡咯/氧化石墨烯复合材料，实现了孔径大小的调控(Nature Communication.2015,6:8817)。从现有技术来看，由于没有合适的结构导向剂来引导苯胺等单体组装，并且难以构建结构可控的孔道，所以目前尚未实现具有不同孔结构的二维介孔聚合物/MoS₂异质结构，这限制了关于孔结构对这种复合纳米材料电容性能的研究。

另外，现有技术中，利用硬模板制备介孔材料的方法步骤繁琐，使用的试剂毒性、污染性强。现有技术中制备的二维介孔复合材料容易产生堆叠，造成比表面积降低，限制了材料的电化学性能。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种孔结构可控的、操作简单的二维介孔聚合物/MoS₂复合纳米材料的制备方法。

为实现上述目的，本发明的第一方面提供了一种二维介孔聚苯胺/MoS₂复合纳米材料的制备方法，该制备方法包括使用不同的嵌段共聚物在溶液中(比如水或有机溶剂)中自组装分别形成胶束溶液，在各个所述胶束溶液中诱导苯胺单体在MoS₂纳米片上聚合，最终形成不同孔结构的二维介孔聚苯胺/MoS₂复合纳米材料。

进一步地，所述胶束溶液包括球形胶束和/或条形胶束。

进一步地，所述制备方法包括所述MoS₂纳米片的制备，所述MoS₂纳米片的制备过程如下：

步骤一、将0.2g商业购买的MoS₂浸入2ml浓度为2.5mol/L正丁基锂溶液中，在氮气氛围中浸渍48-96h，然后将所得产物过滤得到锂化的Li_xMoS₂，并用环己烷洗涤以除去残留的有机化合物；

步骤二、将洗涤后的Li_xMoS₂在400mL水中超声处理1小时进行剥离，剥离后的混合物依次经过离心、烘干得到MoS₂纳米片。

进一步地，所述制备方法还包括将所述MoS₂纳米片置于去离子水中超声分散，制成浓度为0.5mg/mL的MoS₂分散液溶液。

进一步地，所述制备方法还包括二维球形介孔聚苯胺/MoS₂复合纳米材料的制备，所述二维球形介孔聚苯胺/MoS₂复合纳米材料的制备过程如下：

步骤一、将0.06gPS₆₀-b-PEO₁₁₄嵌段共聚物溶解在12mL四氢呋喃中，然后加入24mL去离子水以诱导自组装，形成第一胶束溶液；