[發(fā)明專利]一種硫磷酸鎳納米片/石墨烯復(fù)合材料及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011440138.5
• 申請日: 2020-12-10
• 公開（公告）號: CN112551599B
• 公開（公告）日: 2022-11-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 高國新;吳虎;趙敬;丁書江
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)深圳研究院
• 主分類號: C01G53/00
• 分類號: C01G53/00;C01G53/04;C01B32/194;B82Y40/00;B82Y30/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 張海平

本發(fā)明公開了一種硫磷酸鎳納米片/石墨烯復(fù)合材料及其制備方法，采用了無定形Ni(OH)₂替代Ni(OH)₂納米片作為前驅(qū)體，所需的反應(yīng)時長短且產(chǎn)量高，易于大規(guī)模生產(chǎn)；采用P₂S₅替代了傳統(tǒng)的磷粉和硫粉作為磷源和硫源，需要的高溫?zé)崽幚頃r間更短且產(chǎn)物純度高；將NiPS₃納米片通過球磨的方法與石墨烯進(jìn)行復(fù)合進(jìn)一步提升了其電化學(xué)性能，促進(jìn)了其更廣泛的應(yīng)用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于納米材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種NiPS₃納米片/石墨烯復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)

二維(2D)納米材料由于其獨(dú)特的化學(xué)和物理特性，近年來引起了研究者極大的興趣和關(guān)注。盡管有關(guān)2D材料的相關(guān)研究可以追溯到幾十年前，但2004年Novoselov等人成功地剝離出石墨烯是該領(lǐng)域最引人注目的事件。二維材料的光學(xué)、電學(xué)和熱學(xué)性能已顯示出巨大的應(yīng)用潛力，包括一系列具有片狀結(jié)構(gòu)且面積與厚度之比非常大的材料。典型的2D材料的橫向尺寸通常大于100nm，甚至幾微米，但是厚度一般只有一個原子層或幾個原子層。石墨烯、六方氮化硼(h-BN)、過渡金屬二硫化物(TMD)、石墨氮化碳(g-C₃N₄)、層狀金屬氧化物和層狀雙金屬氫氧化物(LDHs)和MXenes代表了最常見的具有層狀結(jié)構(gòu)的2D材料。

硫磷酸鹽(MPS₃)也是一類典型的2D材料，其中M是二價過渡金屬離子，例如Co(II)，Mn(II)，F(xiàn)e(II)，Ni(II)，Sn(II)或Zn(II)。早期人們對MPS₃的研究主要集中在其結(jié)構(gòu)、電導(dǎo)率、磁性、光學(xué)性質(zhì)和插層行為上。最新的研究表明，MPS₃家族中的硫磷酸鎳(NiPS₃)具有優(yōu)異的電化學(xué)性質(zhì)，可廣泛應(yīng)用于二次電池、催化、儲氫和氣體傳感等領(lǐng)域。傳統(tǒng)策略普遍采用氣相傳輸法先制備NiPS₃塊體，再通過機(jī)械剝離或電化學(xué)剝離的方法得到NiPS₃納米片。這些策略的缺點(diǎn)在于條件較為苛刻且耗能高，極大限制了其應(yīng)用。國家納米科學(xué)中心何軍等人公布的專利(CN 111092224 A)采用Ni(OH)₂納米片作為前驅(qū)體，以磷粉和硫粉作為磷源和硫源，通過CVD方法分段升溫合成NiPS₃納米片，但其效率和產(chǎn)量仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足(毫克級)。因此，NiPS₃納米片合成方法的改進(jìn)和優(yōu)化成為目前亟需解決的難題。

發(fā)明內(nèi)容

針對傳統(tǒng)方法制備NiPS₃納米片高耗能、效率低、無法規(guī)模化制備等關(guān)鍵問題，本發(fā)明提供了一種低能耗、易于規(guī)模化制備NiPS₃納米片/石墨烯復(fù)合材料的新方法。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種硫磷酸鎳納米片/石墨烯復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

1)無定形氫氧化鎳前驅(qū)體的制備：先將原料硝酸鎳溶解于水中，在攪拌下油浴加熱至設(shè)定溫度后再加入原料六次甲基四胺和檸檬酸鈉，繼續(xù)加熱攪拌，得到的沉淀物進(jìn)行干燥處理，即得到無定形氫氧化鎳前驅(qū)體；

2)將無定形氫氧化鎳前驅(qū)體和反應(yīng)原料P₂S₅分別置于單通石英套管外管和內(nèi)管底端，內(nèi)、外管管口相對嵌套，整體置于多溫區(qū)管式爐中進(jìn)行高溫固相反應(yīng)，得到硫磷酸鎳納米片；

3)將硫磷酸鎳納米片和石墨烯分散液混合球磨、真空干燥，最終得到硫磷酸鎳納米片/石墨烯復(fù)合材料。

進(jìn)一步地，步驟1)中原料六次甲基四胺和檸檬酸鈉是在升溫至90℃后加入的。

進(jìn)一步地，步驟1)中所有原料加入后繼續(xù)加熱攪拌時間為0.5-1h。