CN104746180A - 一种掺杂二硫化钼的石墨烯纤维的制备方法 - Google Patents

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李耀刚
李佳慧
王宏志
张青红
侯成义
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Abstract

本发明涉及一种掺杂二硫化钼的石墨烯纤维的制备方法，包括：将氧化石墨和二硫化钼分散在水中，超声，得到二硫化钼氧化石墨稀分散液，然后加入脱氧胆酸钠，搅拌，得到脱氧胆酸钠/二硫化钼-氧化石墨烯凝胶；用注射器将上述脱氧胆酸钠/二硫化钼-氧化石墨烯凝胶挤于无水乙醇中洗涤，然后吸出无水乙醇，待无水乙醇蒸发完毕后，得到氧化石墨稀纤维，然后加入氢碘酸反应，洗涤，干燥，即得掺杂二硫化钼的石墨烯纤维。本发明方法工艺简单，易于工业化生产，制备得到的掺杂二硫化钼的石墨烯纤维导电性能好，同时具有较高的柔性，在能源存储器件、光伏器件、传感器等领域有巨大的应用前景。

Description

一种掺杂二硫化钼的石墨烯纤维的制备方法
技术领域
本发明属于石墨烯纤维的制备领域，特别涉及一种掺杂二硫化钼的石墨烯纤维的制备方法。
背景技术
类石墨烯二硫化钼因其独特的微观结构和理、化性质，在克服零带隙石墨烯的缺点同时依然具有石墨烯的很多优点，从而在二次电池、场效应晶体管、传感器、电致发光、电存储等众多领域拥有广阔的应用前景。然而，改进类石墨烯二硫化钼的制备方法和优化、提高相应的器件结构、性能却成为阻碍其商业化进程和产业化发展的关键瓶颈。
石墨烯是一种新型的二维碳纳米材料。因其特殊的单层结构具有的高机械强度、弹性、导热率及非凡的电子迁移率迅速成为物理学、化学和材料学的热门话题，掀起了研究人员对其性质和应用的研究热潮。为充分利用石墨烯的优良性能，将石墨烯制备成宏观材料是很有实际应用价值的，将石墨烯组装成薄膜和块状结构，可应用于超级电容器、锂离子电池、能源催化等功能材料领域。
石墨烯也很早就被预期制备成纤维结构，但石墨烯性质稳定，在普通溶剂中的分散性有限且宏观可组装性不好，使得石墨烯难以像碳纳米管一样轻易进行湿法纺丝和干法纺丝制成宏观纤维。将二硫化钼掺杂到石墨烯纤维中可有效的提高其导电性能和稳定性，现有制备复合石墨烯纤维的加工工艺复杂，生产周期长，对设备的要求高，因此更简易的制备多功能的复合石墨烯纤维的方法成为研究的热点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种掺杂二硫化钼的石墨烯纤维的制备方法，该方法工艺简单，易于工业化生产。利用层状二硫化钼纳米片具有独特的二维层状结构、大的比表面积和好的导电性能，本发明将此类片层二硫化钼与碳基材料石墨烯复合，制备出高导电的柔性掺杂二硫化钼的石墨烯纤维，在能源存储器件、光伏器件、传感器等领域有巨大的应用前景。
本发明的一种掺杂二硫化钼的石墨烯纤维的制备方法，包括：
(1)将二硫化钼与氧化石墨分散在水中，超声，得到二硫化钼-氧化石墨烯混合分散液，然后加入脱氧胆酸钠，搅拌，得到脱氧胆酸钠/二硫化钼-氧化石墨烯凝胶，其中，二硫化钼、氧化石墨、脱氧胆酸钠和水的质量比为1～5：5～15：10～30：100～500；
(2)用注射器将(1)中所得脱氧胆酸钠/二硫化钼-氧化石墨烯凝胶挤于无水乙醇中洗涤，然后吸出无水乙醇，待无水乙醇蒸发完毕后，得到二硫化钼-氧化石墨烯纤维，然后加入氢碘酸反应2～8h，洗涤，干燥，得到掺杂二硫化钼的石墨烯纤维。
所述步骤(1)中的水为超纯水或者蒸馏水。
所述步骤(1)中的超声时间为1～3h。
所述步骤(1)中的搅拌时间是20～24h，搅拌速率为300～600r/min。
所述步骤(2)中注射器的挤出速度为0.6～1L/min。
所述步骤(2)中无水乙醇的洗涤次数为5～10次，时间为3～4h。
所述步骤(2)中无水乙醇的蒸发时间为1～3h。
所述步骤(2)中加入氢碘酸反应后，用超纯水洗涤3～5次，时间为4～6h。
所述步骤(2)中的干燥时间为1～2h。
有益效果
(1)本发明的制备方法简单，绿色环保，对生产的设备要求低，易于工业化生产；
(2)本发明的方法所得的掺杂二硫化钼的石墨烯纤维具有柔性、电导率高、稳定性好等优点，在柔性电子产品、能源存储器件、光伏器件、传感器等领域应用前景广阔。
附图说明
图1为实施例1中制备的掺杂二硫化钼纳米片的石墨烯纤维的数码照片图片；
图2为实施例1中制备的掺杂二硫化钼纳米片的石墨烯纤维的扫描电子显微镜平面图片；
图3为图2的放大图；
图4为实施例1中制备的掺杂二硫化钼纳米片的石墨烯纤维的扫描电子显微镜截面图片；
图5为实施例1中制备的掺杂二硫化钼纳米片的石墨烯纤维的拉曼图谱；
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
称取20mg二硫化钼，200mg的氧化石墨，加入10g的蒸馏水，超声2h，加入600mg的脱氧胆酸钠，以600r/min的速度磁力搅拌24h，配制成脱氧胆酸钠/二硫化钼-氧化石墨烯凝胶。将该凝胶用注射泵以1mL/min的速度挤出于含有无水乙醇的表面皿中，并及时更换无水乙醇10次，洗涤3h后吸出无水乙醇，待无水乙醇蒸发完毕，2h后得到二硫化钼-氧化石墨烯纤维。将制备的二硫化钼-氧化石墨烯纤维加入氢碘酸还原3h得到石墨烯纤维。用超纯水洗涤5次，静置6h得到含水的二硫化钼纳米片-石墨烯纤维，再次干燥2h得到掺杂二硫化钼纳米片的石墨烯纤维。
如图1为得到具有高长径比的宏观掺杂二硫化钼纳米片的石墨烯纤维，说明该掺杂二硫化钼的石墨烯纤维具有良好的柔性，可编织成任意形状。图2为二硫化钼-石墨烯纤维的扫描电子显微镜图，图3是图2的放大图；图4为二硫化钼-石墨烯纤维截面扫描电子显微镜图，证明氧化石墨烯被HI彻底的还原成了石墨烯，且二硫化钼纳米片均匀的分布在石墨烯纤维的内部和表面，很好的修饰了石墨烯纤维。图5为二硫化钼-石墨烯纤维的拉曼光谱图，398.7°、441.2°和614.9°为片层二硫化钼拉曼峰位，1328°与1565°为石墨烯拉曼峰位。
实施例2
称取40mg二硫化钼，200mg的氧化石墨，加入10g的蒸馏水，超声1h，加入600mg的脱氧胆酸钠，以300r/min的速度磁力搅拌20h，配制成脱氧胆酸钠/二硫化钼-氧化石墨烯凝胶。将该凝胶用注射泵以0.6mL/min的速度挤出于含有无水乙醇的表面皿中，并及时更换无水乙醇8次，洗涤4h后吸出无水乙醇，待无水乙醇蒸发完毕，1h后得到掺杂二硫化钼的氧化石墨烯纤维。将制备的掺杂二硫化钼的氧化石墨烯纤维加入氢碘酸还原2h得到石墨烯纤维。用超纯水洗涤3次，静置4h得到含水的二硫化钼纳米片-石墨烯纤维，再次干燥1h得到掺杂二硫化钼纳米片的石墨烯纤维。
实施例3
称取20mg的二硫化钼、100mg的氧化石墨，加入10g的蒸馏水，超声1.5h，加入200mg的脱氧胆酸钠，以500r/min的速度磁力搅拌24h，配制成脱氧胆酸钠/二硫化钼-氧化石墨烯凝胶。将该凝胶用注射泵以0.8mL/min的速度挤出于含有无水乙醇的表面皿中，并及时更换无水乙醇5次，洗涤3.5h后吸出无水乙醇，待无水乙醇蒸发完毕，1.5h后得到掺杂二硫化钼的氧化石墨烯纤维。将制备的掺杂二硫化钼的氧化石墨烯纤维加入氢碘酸还原2.5h得到石墨烯纤维。用超纯水洗涤4次，静置5h得到含水的二硫化钼纳米片-石墨烯纤维，再次干燥1.5h得到掺杂二硫化钼纳米片的石墨烯纤维。
实施例4
称取60mg的二硫化钼、300mg的氧化石墨，加入10g的蒸馏水，超声1.5h，加入300mg的脱氧胆酸钠，以500r/min的速度磁力搅拌24h，配制成脱氧胆酸钠/二硫化钼-氧化石墨烯凝胶。将该凝胶用注射泵以0.8mL/min的速度挤出于含有无水乙醇的表面皿中，并及时更换无水乙醇5次，洗涤3.5h后吸出无水乙醇，待无水乙醇蒸发完毕，1.5h后得到掺杂二硫化钼的氧化石墨烯纤维。将制备的掺杂二硫化钼的氧化石墨烯纤维加入氢碘酸还原2.5h得到石墨烯纤维。用超纯水洗涤4次，静置5h得到含水的二硫化钼纳米片-石墨烯纤维，再次干燥1.5h得到掺杂二硫化钼纳米片的石墨烯纤维。
实施例5
称取60mg的二硫化钼、200mg的氧化石墨，加入10g的蒸馏水，超声1.5h，加入200mg的脱氧胆酸钠，以500r/min的速度磁力搅拌24h，配制成脱氧胆酸钠/二硫化钼-氧化石墨烯凝胶。将该凝胶用注射泵以0.8mL/min的速度挤出于含有无水乙醇的表面皿中，并及时更换无水乙醇5次，洗涤3.5h后吸出无水乙醇，待无水乙醇蒸发完毕，1.5h后得到掺杂二硫化钼的氧化石墨烯纤维。将制备的掺杂二硫化钼的氧化石墨烯纤维加入氢碘酸还原2.5h得到石墨烯纤维。用超纯水洗涤4次，静置5h得到含水的二硫化钼纳米片-石墨烯纤维，再次干燥1.5h得到掺杂二硫化钼纳米片的石墨烯纤维。

Claims (9)

1.一种掺杂二硫化钼的石墨烯纤维的制备方法，包括：
(1)将二硫化钼与氧化石墨分散在水中，超声，得到二硫化钼-氧化石墨烯混合分散液，然后加入脱氧胆酸钠，搅拌，得到脱氧胆酸钠/二硫化钼-氧化石墨烯凝胶，其中，二硫化钼、氧化石墨、脱氧胆酸钠和水的质量比为1～5：5～15：10～30：100～500；
(2)用注射器将(1)中所得脱氧胆酸钠/二硫化钼-氧化石墨烯凝胶挤于无水乙醇中洗涤，然后吸出无水乙醇，待无水乙醇蒸发完毕后，得到二硫化钼-氧化石墨烯纤维，然后加入氢碘酸反应2～8h，洗涤，干燥，得到掺杂二硫化钼的石墨烯纤维。
2.根据权利要求1所述的一种掺杂二硫化钼的石墨烯纤维的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中的水为超纯水或者蒸馏水。
3.根据权利要求1所述的一种掺杂二硫化钼的石墨烯纤维的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中的超声时间为1～3h。
4.根据权利要求1所述的一种掺杂二硫化钼的石墨烯纤维的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中的搅拌时间是20～24h，搅拌速率为300～600r/min。
5.根据权利要求1所述的一种掺杂二硫化钼的石墨烯纤维的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中注射器的挤出速度为0.6～1mL/min。
6.根据权利要求1所述的一种掺杂二硫化钼的石墨烯纤维的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中无水乙醇的洗涤次数为5～10次，时间为3～4h。
7.根据权利要求1所述的一种掺杂二硫化钼的石墨烯纤维的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中无水乙醇的蒸发时间为1～3h。
8.根据权利要求1所述的一种掺杂二硫化钼的石墨烯纤维的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中加入氢碘酸反应后，用超纯水洗涤3～5次，时间为4～6h。
9.根据权利要求1所述的一种掺杂二硫化钼的石墨烯纤维的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中的干燥时间为1～2h。
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