一种三维大孔石墨烯‑碳纳米管‑二硫化钼复合材料的制备方法

摘要

一种三维大孔石墨烯‑碳纳米管‑二硫化钼复合材料的制备方法，本发明涉及纳米复合材料及其制备方法和应用。本发明要解决现有二硫化钼作为锂离子电池负极活性物质稳定性差和首次循环效率过低的问题。方法：一、制备三维大孔石墨烯/泡沫金属复合物；二、制备三维大孔石墨烯/碳纳米管/泡沫金属复合物；三、制备三维大孔石墨烯/碳纳米管；四、水热法负载二硫化钼；五、退火负载有二硫化钼的三维大孔石墨烯/碳纳米管，即得到三维大孔石墨烯‑碳纳米管‑二硫化钼复合材料。本发明用于三维大孔石墨烯‑碳纳米管‑二硫化钼复合材料及其制备方法和应用。

主权项

一种三维大孔石墨烯‑碳纳米管‑二硫化钼复合材料的制备方法，其特征在于一种三维大孔石墨烯‑碳纳米管‑二硫化钼复合材料的制备方法是按以下步骤进行：一、制备三维大孔石墨烯/泡沫金属复合物：将孔径为0.1mm～5mm的泡沫金属依次浸渍于丙酮3min～15min、乙醇3min～15min及质量百分含量为1％～5％的盐酸3min～7min，得到基底材料，然后将基底材料置于化学气相沉积装置中，通入碳源气体及载气，在温度为850℃～1100℃下沉积4min～15min，得到三维大孔石墨烯/泡沫金属复合物；所述的泡沫金属为泡沫镍、泡沫铜、泡沫镍铝合金或泡沫镍铬合金；所述的碳源气体及载气的总气体流量为20sccm～800sccm；所述的碳源气体为甲烷，甲烷的气体流量为0.5sccm～20sccm；所述的载气为氩气与氢气的混合气体，氢气的气体流量为1sccm～15sccm；二、制备三维大孔石墨烯/碳纳米管/泡沫金属复合物：①、将硝酸镍、氯化钴溶解于去离子水中，得到硝酸镍及氯化钴的水溶液，将三维大孔石墨烯/泡沫金属复合物浸渍于硝酸镍及氯化钴的水溶液中30min～60min，然后取出并在温度为30℃～50℃的热板上烘干；②、重复步骤二①5次～10次，得到浸渍后的复合材料；③、将浸渍后的复合材料置于化学气相沉积装置中，在温度为600℃～850℃下，以4.5mL/min～5.5mL/min的速率通入乙醇蒸汽生长15min～20min，得到三维大孔石墨烯/碳纳米管/泡沫金属复合物；所述的硝酸镍及氯化钴的水溶液中硝酸镍的质量与去离子水的体积比为1g:(45～55)mL；所述的硝酸镍及氯化钴的水溶液中氯化钴的质量与去离子水的体积比为1g:(55～65)mL；三、制备三维大孔石墨烯/碳纳米管：将三维大孔石墨烯/碳纳米管/泡沫金属复合物平铺至基板上，然后向基板上滴加刻蚀液，使得三维大孔石墨烯/碳纳米管/泡沫金属复合物浸渍于刻蚀液中，浸泡3h～5h，取出并用去离子水清洗4次～6次，最后依次用乙醇、丙酮及去离子水分别清洗2次～3次，得到三维大孔石墨烯/碳纳米管；所述的刻蚀液为浓度为1mol/L～3mol/L的FeCl₃浓硝酸溶液，所述的浓硝酸的浓度为0.5mol/L～1.5mol/L；所述的基板为石英、硅片或载玻片；四、水热法负载二硫化钼：将NaMoO₄.2H₂O溶于去离子水中，得到混合溶液B，首先将三维大孔石墨烯/碳纳米管加入到混合溶液B中，搅拌3min～5min，再将硫脲加入到混合溶液B中，并将pH值调节为4～5，搅拌3min～5min，得到混合液C，将混合液C置于聚四氟乙烯材质的内衬水热反应釜中，在温度为180℃～220℃下，水热反应22h～26h，得到负载有二硫化钼的三维大孔石墨烯/碳纳米管；所述的NaMoO₄.2H₂O的质量与去离子水的体积比为1g:(38～42)mL；所述的硫脲与NaMoO₄.2H₂O的质量比为1:(1.3～1.4)；五、退火负载有二硫化钼的三维大孔石墨烯/碳纳米管：将负载有二硫化钼的三维大孔石墨烯/碳纳米管依次用去离子水及乙醇分别清洗3次～5次，得到清洗后的负载有二硫化钼的三维大孔石墨烯/碳纳米管，然后将清洗后的负载有二硫化钼的三维大孔石墨烯/碳纳米管置于磁舟中，以H₂与Ar的混合气为保护气，以2℃/min～3℃/min的速率升温至780℃～820℃，退火处理0.5h～1h，即得到三维大孔石墨烯‑碳纳米管‑二硫化钼复合材料；所述的H₂与Ar的体积比为5:95。