一种硒化钼/聚苯胺纳米纤维复合材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于过渡金属砸化物-导电聚合物技术领域，具体涉及一种砸化钼/聚苯胺纳米纤维复合材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]砸化钼是一类典型的过渡金属砸族化合物，它层内是很强的Se-Mo-Se共价键，层间是较弱的范德华力。研究表明，砸化钼暴露的活性边缘具有析氢催化活性，因此在电化学催化领域具有广泛应用。但是，纯砸化钼易于团聚，并且其优先生长惰性的内层结构，而非活性片层边缘，大量的团聚体也进一步抑制了活性边缘的暴露，再加上其较差的导电性，纯砸化钼的优异性能通常无法得到充分利用。因此，将砸化钼与其它高导电性的基底材料进行高效复合具有重要意义。在不同的导电基底材料，聚苯胺和聚吡咯等导电聚合物，具有合成简单、高电导率和低成本的特点，是良好的导电基底材料。聚苯胺纳米纤维是一维的导电聚合物，可以通过简单的溶液法快速制备。本专利通过溶液法制备聚苯胺纳米纤维，然后再通过一步溶剂热法在聚苯胺纳米纤维上原位生长砸化钼纳米片，有效地解决了砸化钼自身团聚和导电性差的问题，聚苯胺纳米纤维和砸化钼两者有效复合，制备得到性能优异的复合材料。
[0003]本发明通过简单的工艺设计，制备得到一种新型的砸化钼/聚苯胺纳米纤维复合材料。该复合材料具有如下优势:聚苯胺纳米纤维具有独特的三维多孔结构、较高的比表面积和优良的导电性，能促进离子的快速扩散和电子的快速传输；砸化钼纳米片均匀地生长在聚苯胺纳米纤维上，可有效抑制砸化钼自身的团聚，使砸化钼纳米片的活性边缘得到更加充分的暴露；砸化钼纳米片本身具备较高的催化活性和理论储能容量值，可提高复合材料整体的催化性能和能量存储性能。因此，将聚苯胺纳米纤维与砸化钼纳米片进行有效复合，可以实现三者之间良好的协同作用，以制备出性能优异的复合材料。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种电化学性能优异的砸化钼/聚苯胺纳米纤维复合材料及其制备方法。
[0005]本发明所提供的砸化钼/聚苯胺纳米纤维复合材料，其制备原料组成包括:苯胺、过硫酸铵、砸粉、水合肼以及钼酸盐。
[0006]本发明所提供的砸化钼/聚苯胺纳米纤维复合材料，其制备过程包括:通过溶液法制备聚苯胺纳米纤维，再通过一步溶剂热法在聚苯胺纳米纤维上原位生长砸化钼纳米片，具体步骤如下:
(1)将苯胺和过硫酸铵分别加入到水中，搅拌得到均匀的溶液，再将过硫酸铵溶液快速倒入到苯胺溶液中，静置并升温至设定温度，保持一段时间后，过滤得到聚苯胺纳米纤维；
(2)将砸粉加入到水合肼溶液中，持续搅拌，升温至设定温度，待温度稳定后，保持一段时间，制备得到砸粉分散液； (3)将砸粉分散液和钼酸盐溶于有机溶剂中，持续搅拌，得到均一的盐溶液；
(4)将制备得到的聚苯胺纳米纤维加入到盐溶液中，搅拌均匀后，转移至水热釜中，溶剂热反应一段时间，将得到的沉淀洗涤多次并干燥，得到砸化钼/聚苯胺纳米纤维复合材料。
[0007]本发明中，步骤(1)所述的苯胺溶液的浓度为5~20 mg mL \过硫酸铵溶液的浓度为2~10 mg mL \升温温度为55-65 °C (优选60°C )，反应时间为2~10 h。
[0008]本发明中，步骤(2)所述的砸粉分散液制备过程中，水合肼浓度为30%~80% ;配置的砸粉分散液的浓度为5~15 mg mL %升温温度为70~90°C，保温时间为1~3 h。
[0009]本发明中，步骤(3 )所述的盐溶液制备过程中，所述有机溶剂为Λ 二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺或甲基吡咯烷酮硫代钨酸铵；钼酸盐为钼酸铵或钼酸钠；配置的钼酸盐的浓度为1~5 mg mL %砸粉分散液的用量应使砸和钼的摩尔比为2:1。
[0010]本发明中，步骤(4)所述的溶剂热反应过程中，聚苯胺纳米纤维的浓度为1~3 mgmL \反应温度为180~240°C，反应时间为10~24 h。
[0011]使用扫描电子显微镜(SEM)、投射电子显微镜(TEM)和X射线衍射仪(XRD)来表征本发明所获得的砸化钼/聚苯胺纳米纤维复合材料的结构形貌，其结果如下:
(1)SEM和TEM测试结果表明:聚苯胺纳米纤维的直径约为200~300nm，聚苯胺纳米纤维相互搭接，形成三维多孔的网络结构。在砸化钼/聚苯胺纳米纤维复合材料中，砸化钼纳米片均匀地生长在聚苯胺纳米纤维上，有效抑制了砸化钼自身的团聚，使砸化钼纳米片层的活性边缘得到充分暴露。这得益于聚苯胺纳米纤维三维空间结构和较高的比表面积，为砸化钼的生长提供了更多的位点。参见附图1、附图2和附图3 ;
(2)XRD测试结果表明，所制备的聚苯胺纳米纤维复合膜在2 Θ =26°处有一个较宽的衍射峰。所制备的砸化钼/聚苯胺纳米纤维复合材料显示出砸化钼的特征峰，在2 Θ=10.3°，33.9。m 55.7°处出现衍射峰，分别对应于砸化钼的(002)，( 100)和(110)晶面，证实了聚苯胺纳米纤维和砸化钼两者之间的有效复合。参见附图4。
[0012]本发明的优点在于:
(1)制备过程简单，易于操作，是一种便捷有效的制备方法；
(2)实验设计巧妙。通过溶液法简单有效地制备得到了具有三维多孔结构和高比表面积的聚苯胺纳米纤维，并以此为基底材料，通过一步溶剂热法在聚苯胺纳米纤维上原位生长砸化钼纳米片，有效抑制了砸化钼自身的团聚，实现了一维材料与二维材料的有效复合，从而构筑了具有多级结构的新型高性能复合材料；
(3)所制备的砸化钼/聚苯胺纳米纤维复合材料具有较高的导电性和较高的催化性能和能量存储性能。将聚苯胺纳米纤维和砸化钼纳米片进行有效复合，可使两者的优势得以充分发挥，从而构建了具有优异性能的新型复合材料。本发明制备的砸化钼/聚苯胺纳米纤维复合材料，可用作高性能催化剂材料以及锂离子电池、太阳能电池等新能源器件的理想电极材料。
【附图说明】
[0013]图1是本发明中的聚苯胺纳米纤维的SEM图。
[0014]图2是本发明中砸化钼/聚苯胺纳米纤维复合材料的SEM图。
[0015]图3是本发明中砸化钼/聚苯胺纳米纤维复合材料的TEM图。
[0016]图4是本发明聚苯胺纳米纤维和砸化钼/聚苯胺纳米纤维复合材料的XRD图。