一種摻雜單層二硫化鉬片的石墨烯復合薄膜的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于復合薄膜的制備領域，特別涉及一種摻雜單層二硫化鉬片的石墨烯復合薄膜的制備方法。
【背景技術】
[0002]近年來隨著石墨烯等二維層狀納米材料研宄熱潮的興起，一類新型的二維層狀化合物一一類石墨烯二硫化鉬引起了物理、化學、材料、電子等眾多領域研宄人員的廣泛關注。類石墨烯二硫化鉬是由六方晶系的單層或多層二硫化鉬組成的具有“三明治夾心”層狀結構的化合物。其中單層二硫化鉬由三層原子層構成，中間一層為鉬原子層，上下兩層均為硫原子層，鉬原子層被兩層硫原子層相夾形成類“三明治”結構；層內存在強共價鍵，層間則存在弱范德華力，層間距約為0.65nm。
[0003]由于單層二硫化鉬與石墨烯具有類似的二維納米片形貌，兩者在微觀形貌和晶體結構上具有很好的相似性。單層二硫化鉬和石墨烯都可作為電極材料和催化劑應用。而將石墨烯與二硫化鉬納米片的復合可提高復合材料的導電性能，增強電化學電極反應和催化反應過程中電子的傳輸，從而提高復合材料的電化學性能和催化性能。
[0004]然而，截至目前，單層二硫化鉬的的制備主要是基于化學氣相沉積、微機械剝離法，這種方法對實驗設備要求較高或反應時間過長，制備的量也很少。從大規模應用考慮，研發一種簡單、易于擴大制備摻雜單層二硫化鉬與石墨烯復合材料的方法依然是一項具有挑戰性的工作。
【發明內容】
[0005]本發明所要解決的技術問題是提供一種摻雜單層二硫化鉬片的石墨烯復合薄膜的制備方法，該方法采用鋰離子插層法制備單分子層二硫化鉬，并通過溶液法可控的制備不同摻雜量和不同厚度的摻雜單層二硫化鉬片的石墨烯復合薄膜；該方法制備工藝簡單，且在很大程度上其宏觀形貌是可調控的，對于擴大工業應用和根據不同應用而制備出形貌結構不同的納米纖維混合薄膜具有很大的幫助。
[0006]本發明的一種摻雜單層二硫化鉬片的石墨烯復合薄膜的制備方法，包括:
[0007](I)單層二硫化鉬分散液的制備:以二硫化鉬為原料，通過鋰離子插層法(P.Joensen, R.F.Frindt, S.R.Morrison, Mater.Res.Bull.1986, 21, 457 - 461)制備單層二硫化鉬，將制備的單層二硫化鉬，分散于去離子水中，通過水浴超聲和細胞粉碎剝離獲得分散性均勻的單層二硫化鉬分散液；其中，單層二硫化鉬分散在去離子水中的濃度為0.1mg/mL ?5mg/mL ；
[0008](2)氧化石墨稀分散液的制備:以石墨粉為原料，采用Hmnmers方法(HmnmersWS, Offeman RE.Preparat1n of graphite oxide.J Am Chem Soc 1958 ;80:1339)制備氧化石墨，將制備得到的氧化石墨，分散于去離子水中，超聲，得到均勻的氧化石墨烯分散液；其中，氧化石墨稀分散在去離子水中的濃度為0.lmg/mL?10mg/mL ；
[0009](3)將步驟(I)獲得的單層二硫化鉬分散液和步驟(2)獲得的氧化石墨烯分散液按照體積比為1:1?1:5混合，超聲，獲得混合均勻的單層二硫化鉬與氧化石墨烯混合分散液，用聚四氟乙烯濾膜抽濾成薄膜，真空干燥，得到摻雜單層二硫化鉬片的氧化石墨烯復合薄膜；
[0010](4)摻雜單層二硫化鉬片的石墨烯復合薄膜的制備:將步驟(3)獲得的摻雜單層二硫化鉬片的氧化石墨烯復合薄膜放置于氫碘酸溶液中還原，還原時間為2?24h，取出薄膜，清洗，除去多余的氫碘酸溶液，得到摻雜單層二硫化鉬片的石墨烯復合薄膜。
[0011]所述步驟(I)中鋰離子插層法制備單層二硫化鉬的方法為:將300mg 二硫化鉬攪拌分散到3mL正丁基鋰的己烷溶液中，在N2氣氛的保護下攪拌48h，加入5mL正己烷溶液稀釋反應液，攪拌0.5?3h后，加入去離子水后超聲剝離反應10?60min，得到單層二硫化鉬。
[0012]所述步驟(I)中水浴超聲的時間為10?60min。
[0013]所述步驟⑴中細胞粉碎剝離的時間為5?30min。
[0014]所述步驟⑵中Hummers方法制備氧化石墨的過程為:用高錳酸鉀和濃硫酸氧化200?500目的石墨粉，抽濾得到的濾餅置于50?80°C下真空干燥2?12h，研磨得到氧化石墨。
[0015]所述步驟(2)中超聲的時間為10?60min。
[0016]所述步驟(3)中超聲時間為5?30min。
[0017]所述步驟(3)中聚四氟乙稀濾膜的孔徑大小為0.1 μπι?5μηι。
[0018]所述步驟(3)中真空干燥的溫度為60?90°C，時間為2?12h。
[0019]所述步驟(4)中的清洗為用乙醇和去離子水反復清洗。
[0020]通過調節單層二硫化鉬溶液濃度和氧化石墨烯溶液濃度以及控制這兩種溶液在混合液中的比例，改變抽濾體積與濾膜的孔徑大小來制備不同形貌和不同厚度的摻雜單層二硫化鉬片的石墨烯復合薄膜。
[0021]本發明所制備的一種摻雜單層二硫化鉬片的石墨烯復合薄膜，是根據氧化石墨烯與單分子二硫化鉬在去離子水中都具有較好的分散性，并且由于他們之間特殊類似的二維納米片形貌，兩者在微觀形貌和晶體結構上具有很好的相似性。將溶液混合抽濾得到所需的復合薄膜，其工藝制備簡單，其宏觀形貌是可調控的，可在一定程度上發生彈性形變。
[0022]有益效果
[0023](I)本發明操作簡單，制備過程方便快捷；
[0024](2)本發明制備得到的一種摻雜單層二硫化鉬片的石墨烯復合薄膜的厚度和體積大小均可控，可在一定程度上發生彈性形變。
【附圖說明】
[0025]圖1是實施例1制備的摻雜單層二硫化鉬片的石墨烯復合薄膜的數碼照片圖；
[0026]圖2是實施例2制備的摻雜單層二硫化鉬片的石墨烯復合薄膜的數碼照片圖；
[0027]圖3是摻雜單層二硫化鉬片的石墨烯復合薄膜的XRD圖譜；其中，曲線(a)為實施例I制備的摻雜單層二硫化鉬片的石墨烯復合薄膜的X-射線衍射曲線；曲線(b)為實施例2制備的摻雜單層二硫化鉬片的石墨烯復合薄膜的X-射線衍射曲線；
[0028]圖4是摻雜單層二硫化鉬片的石墨烯復合薄膜的拉曼光譜衍射圖；其中，曲線(a)為實施例1制備的摻雜單層二硫化鉬片的石墨烯復合薄膜拉曼光譜衍射曲線；曲線(b)為實施例2制備的摻雜單層二硫化鉬片的石墨烯復合薄膜的拉曼光譜衍射曲線；曲線(c)為實施例3制備的摻雜單層二硫化鉬片的石墨烯復合薄膜的拉曼光譜衍射曲線；
[0029]圖5是實施例2制備的摻雜單層二硫化鉬片的石墨烯復合薄膜的掃描電鏡圖；
[0030]圖6是實施例2制備的摻雜單層二硫化鉬片的石墨烯復合薄膜的HRTEM圖。
【具體實施方式】
[0031]下面結合具體實施例，進一步闡述本發明。應理解，這些實施例僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍。此外應理解，在閱讀了本發明講授的內容之后，本領域技術人員可以對本發明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權利要求書所限定的范圍。
[0032]實施例1
[0033](I)鋰離子插層法制備單層二硫化鉬:常溫下，將300mg 二硫化鉬充分攪拌分散到3mL正丁基鋰的己烷溶液中，在N2氣氛的保護下磁子攪拌反應48h，反應結束后加1mL正己烷溶液稀釋反應液，充分攪拌2h后將50mL去離子水加入攪拌1min后超聲剝離反應30min，得到通過鋰離子插層反應剝離的單分子層二硫化鉬。
[0034](2)利用Hummers方法制備氧化石墨:用高錳酸鉀和濃硫酸氧化500目的石墨粉，抽濾得到的濾餅置于60°C下真空干燥24h，研磨得到氧化石