[发明专利]一种二硫化钼/氮掺杂碳复合材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种二硫化钼/氮掺杂碳复合材料及其制备方法与应用，所述二硫化钼/氮掺杂碳复合材料的制备方法，包括如下步骤：S1.制备酸性半乳糖胺溶液；S2.向半乳糖胺溶液中加入钼源和硫源，得到混合溶液；所述半乳糖胺与钼源中钼原子的摩尔比为（1.4~14.3）∶1；S3.将混合溶液进行水热反应，经后处理，得到固体产物；S4.将固体产物在惰性氛围中热处理，得到二硫化钼/氮掺杂碳复合材料。本发明提供的二硫化钼/氮掺杂碳复合材料的制备方法是以半乳糖胺为碳源和氮源，结合水热法和热处理技术。由该制备方法制得的二硫化钼/氮掺杂碳复合材料提高了二硫化钼的导电性和结构稳定性。

技术领域

本发明涉及微纳米复合材料领域，更具体地，涉及一种二硫化钼/氮掺杂碳复合材料及其制备方法与应用。

背景技术

当代社会，能源问题无疑已经成为全球重大问题之一，引起了广泛的关注，寻找新型材料能够在能量储存和使用方面有特别的效果已经成为科学工作者的重要任务之一。对于锂离子电池负极材料方面的研究，石墨类碳材料由于其良好的循环稳定性，理想的充放电平台和目前最高的性价比，仍是未来一段时间内锂离子电池的首选负极材料。但碳材料的充放电比容量较低，体积比容量更是没有优势，因此需要开发新型负极材料，来满足对电池高容量化的要求。

在新型非碳负极材料中，二硫化钼是类石墨的层状材料，在电化学领域中具有较大的应用潜力。研究表明，将二硫化钼用作锂离子电池的负极材料，理论比容量可达800mAh/g，并且相比于石墨材料，二硫化钼的循环稳定性能更好。但二硫化钼属于半导体材料，自身导电性能欠佳。

因此，需要制备一种导电性更强、结构更稳定的含二硫化钼的复合材料。

发明内容

本发明为克服上述现有技术中所述二硫化钼的导电性差、结构不稳定的缺陷，提供一种二硫化钼/氮掺杂碳复合材料的制备方法，由该制备方法制得的二硫化钼/氮掺杂碳复合材料使得二硫化钼的导电性更强，结构更稳定。

本发明的另一目的在于提供上述方法所制备的二硫化钼/氮掺杂碳复合材料。

本发明的还一目的在于提供上述二硫化钼/氮掺杂碳复合材料在二次电池电极材料、超级电容器电极材料或电催化剂中的应用。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种二硫化钼/氮掺杂碳复合材料的制备方法，包括如下步骤：

S1. 制备酸性半乳糖胺溶液；

S2. 向半乳糖胺溶液中加入钼源和硫源，得到混合溶液；所述半乳糖胺与钼源中钼原子的摩尔比为（1.4~14.3）∶1；

S3. 将混合溶液进行水热反应，经后处理，得到固体产物；

S4. 将固体产物在惰性氛围中热处理，得到二硫化钼/氮掺杂碳复合材料。

本发明提供的二硫化钼/氮掺杂碳复合材料是以半乳糖胺为碳源和氮源，采用水热法和热处理技术制备得到。在酸性条件下，半乳糖胺经质子化后在溶液中电离出带正电的半乳糖胺离子，与钼源中的阴离子（如钼酸根离子或硫代钼酸根离子）存在强烈的静电吸引作用。这为两种组分的复合提供了条件。在水热反应中，钼源中带负电的阴离子与硫源分解释放出的硫化氢反应生成二硫化钼纳米片，同时半乳糖胺水解形成含氮的无定形碳质材料。于是，二硫化钼纳米片包覆在含氮无定形碳上，这两种同步进行的反应可以保证两种组分结合在一起形成复合材料。在随后的热处理过程中，含氮碳质材料会形成氮掺杂的碳，氮的掺杂将极大地改善了碳材料的电化学性质。

二硫化钼电极材料与高导电的氮掺杂碳材料复合，提高了二硫化钼纳米片的导电性，包括循环稳定性、容量性质及倍率性能，而且使二硫化钼纳米片具有更好的结构稳定性。

优选地，步骤S2.中所述半乳糖胺与钼源中钼原子的摩尔比为（5.7~11.4）∶1。