一種無梯度加熱快速制備碳負載二硫化物的方法及其應用技術

本發明專利技術涉及碳材料制備技術領域，一種無梯度加熱快速制備碳負載二硫化物的方法及其應用，其中方法包括以下步驟：(1)將碳材料與鉬鹽或鎢鹽置于研缽中研磨，再加入硫粉繼續研磨，得到碳負載二硫化鉬前驅體或碳負載二硫化鎢前驅體。(2)將步驟1得到的碳負載二硫化鉬前驅體或碳負載二硫化鎢前驅體轉移至微波反應器中，在保護性氣體的保護下，微波加熱得到碳負載二硫化鉬或碳負載二硫化鎢目標材料。利用本發明專利技術方法制備的碳負載二硫化鉬或碳負載二硫化鎢結晶度高、片層較薄、穩定性好。本發明專利技術具有工藝簡單且安全、能耗低、綠色環保、耗時短，制備的碳負載二硫化物用作鋰離子電池電極材料在高電流密度下表現出了可觀的比容量。

A Rapid Method for Preparing Carbon-Supported Disulfides by Gradientless Heating and Its Application

The invention relates to the technical field of carbon material preparation, a method for rapidly preparing carbon-loaded disulfides by gradient-free heating and its application. The method comprises the following steps: (1) grinding carbon materials and molybdenum or tungsten salts in a grinding bowl, and then adding sulfur powder to continue grinding to obtain carbon-loaded molybdenum disulfide precursor or carbon-loaded tungsten disulfide precursor. (2) Carbon-loaded molybdenum disulfide precursors or carbon-loaded tungsten disulfide precursors obtained in step 1 were transferred to the microwave reactor. Carbon-loaded molybdenum disulfide or carbon-loaded tungsten disulfide target materials were obtained by microwave heating under the protection of protective gases. The carbon-loaded molybdenum disulfide or carbon-loaded tungsten disulfide prepared by the method of the invention has high crystallinity, thin lamella and good stability. The invention has the advantages of simple process, safety, low energy consumption, environmental protection and short time consumption, and the prepared carbon-loaded disulfide exhibits considerable specific capacity as electrode material of lithium ion battery at high current density.

【技術實現步驟摘要】
一種無梯度加熱快速制備碳負載二硫化物的方法及其應用
本專利技術涉及一種無梯度加熱快速制備碳負載二硫化物的方法及其應用，屬于碳材料制備

技術介紹
二硫化鉬或二硫化鎢是一種以S-X-S(X＝Mo，W)“三明治”結構為基本單元，層內硫原子與金屬原子以共價鍵鍵合，層間通過弱范德華力結合的一類具有半導體性質的類石墨烯層狀化合物。由于其較小的摩擦系數，優異的熱穩定性、良好的金屬惰性以及抗輻照性等特點，使其在能源、環境和催化等領域獲得了廣泛的應用。目前二硫化鉬或二硫化鎢的制備方法主要包括低溫水熱法、溶劑熱合成法和高溫熱反應法。其中低溫水熱法和溶劑熱合成法是將鉬源或鎢源(如鉬酸鈉或鎢酸鈉)與硫源(如硫脲)混合溶解于水或者有機溶劑中并反應，然后經過重結晶過程制備二硫化鉬或二硫化鎢，此類方法制備的二硫化鉬或二硫化鎢結晶度較低，所需反應時間較長。而高溫熱反應法是將鉬源或鎢源(如鉬酸鈉或鎢酸鈉)與硫源(如硫粉)混合，在高溫下燒結(如管式爐中)獲得產物，其操作溫度高、能耗大。
技術實現思路
為了克服現有技術中存在的不足，針對現有技術難以實現低能耗且快速地制備高結晶度的二硫化鉬或二硫化鎢，本專利技術目的是提供一種無梯度加熱快速制備碳負載二硫化物的方法及其應用。該方法是利用碳材料與微波電磁場的耦合作用，使碳材料快速吸收電磁波并將其轉化成熱能，達到內外無梯度快速升溫，并同時加熱鉬、鎢源和硫源的目的，進而制得結晶度高、穩定性好、層數可調的碳負載二硫化鉬或二硫化鎢目標材料。本專利技術工藝簡單且安全、能耗低、綠色環保、耗時短易于規模化生產。為了實現上述專利技術目的，解決已有技術中所存在的問題，本專利技術采取的技術方案是：一種無梯度加熱快速制備碳負載二硫化物的方法，包括以下步驟：步驟1、取0.2～5.0g碳材料和0.1～8.0g鉬鹽或鎢鹽置于研缽中，研磨2～20min，再加入0.5～5.0g硫粉，繼續研磨10～30min，得到碳負載二硫化鉬前驅體或碳負載二硫化鎢前驅體，所述鉬鹽選自七鉬酸銨或鉬酸鈉中的一種，所述鎢鹽選自鎢酸鈉或偏鎢酸銨的一種，所述碳材料選自炭黑、碳納米管、石墨烯或石墨中的一種；步驟2、將步驟1得到的碳負載二硫化鉬前驅體或碳負載二硫化鎢前驅體轉移至微波反應器中，在保護性氣體的保護下進行微波加熱，微波輻射功率控制在800～1200W，微波輻射時間控制在120～600s，反應完成后可得到碳負載二硫化鉬或碳負載二硫化鎢目標材料，所述保護性氣體選自氮氣或氬氣中的一種。所述方法，制備的碳負載二硫化物在鋰離子電池電極材料中的應用。本專利技術有益效果是：一種無梯度加熱快速制備碳負載二硫化物的方法及其應用，其中方法包括以下步驟：(1)將碳材料與鉬鹽或鎢鹽置于研缽中研磨，再加入硫粉繼續研磨，得到碳負載二硫化鉬前驅體或碳負載二硫化鎢前驅體。(2)將步驟1得到的碳負載二硫化鉬前驅體或碳負載二硫化鎢前驅體轉移至微波反應器中，在保護性氣體的保護下，微波加熱得到碳負載二硫化鉬或碳負載二硫化鎢目標材料。與已有技術相比，利用本專利技術方法制備的碳負載二硫化鉬或碳負載二硫化鎢結晶度高、片層較薄、穩定性好。本專利技術具有工藝簡單且安全、能耗低、綠色環保、耗時短、易于規模化生產等優點。制備的碳負載二硫化物用作鋰離子電池電極材料在高電流密度下表現出了可觀的比容量，促進了高性能鋰離子電池的應用。附圖說明圖1是實施例1中制備的炭黑負載二硫化鉬的X射線衍射分析圖。圖2是實施例5中制備的石墨烯負載二硫化鎢的X射線衍射分析圖。圖3是實施例6中制備的炭黑負載二硫化鎢的透射電鏡照片圖。圖4是實施例7中制備的碳納米管負載二硫化鎢的透射電鏡照片圖。圖5是實施例8中制備的炭黑負載二硫化鉬的掃描電鏡照片圖。圖6是實施例9中制備的炭黑負載二硫化鉬與商業化二硫化鉬在5Ag-1下不同循環圈數的恒流充放電曲線對比圖。圖中：(a)表示制備的炭黑負載二硫化鉬與商業化二硫化鉬在5Ag-1下循環第1圈時的恒流充放電曲線對比圖；(b)表示制備的炭黑負載二硫化鉬與商業化二硫化鉬在5Ag-1下循環第15圈時的恒流充放電曲線對比圖；(c)表示制備的炭黑負載二硫化鉬與商業化二硫化鉬在5Ag-1下循環第30圈時的恒流充放電曲線對比圖。圖7是實施例10中制備的碳納米管負載二硫化鉬與商業化二硫化鉬在5Ag-1下不同循環圈數的恒流充放電曲線對比圖。圖中：(a)表示制備的碳納米管負載二硫化鉬與商業化二硫化鉬在5Ag-1下循環第1圈時的恒流充放電曲線對比圖；(b)表示制備的碳納米管負載二硫化鉬與商業化二硫化鉬在5Ag-1下循環第15圈時的恒流充放電曲線對比圖；(c)表示制備的碳納米管負載二硫化鉬與商業化二硫化鉬在5Ag-1下循環第30圈時的恒流充放電曲線對比圖。圖8是實施例11中制備的碳納米管負載二硫化鎢在5Ag-1下不同循環圈數的恒流充放電曲線圖。具體實施方式下面結合實施例對本專利技術作進一步說明。實施例1稱取5.0g炭黑和8.0g七鉬酸銨置于研缽中，研磨10min，再加入5.0g硫粉，繼續研磨30min，得到炭黑負載二硫化鉬前驅體；再將得到的炭黑負載二硫化鉬前驅體轉移至微波反應器中，在氬氣保護下進行微波加熱，微波輻射功率控制在800W，微波輻射時間控制在600s，得到炭黑負載二硫化鉬目標材料。該目標材料的XRD譜圖，如圖1所示，可以看出，炭黑負載二硫化鉬的特征峰較強且無雜質峰，表明合成的炭黑負載二硫化鉬具有較高的結晶度和純度。實施例2稱取1.5g石墨粉和0.5g鉬酸鈉置于研缽中，研磨2min，再加入1.0g硫粉，繼續研磨30min，得到石墨負載二硫化鉬前驅體；再將得到的石墨負載二硫化鉬前驅體轉移至微波反應器中，在氮氣保護下進行微波加熱，微波輻射功率控制在800W，微波輻射時間控制在360s，得到石墨負載二硫化鉬目標材料。實施例3稱取1.0g碳納米管和0.8g鉬酸鈉置于研缽中，研磨20min，再加入1.0g硫粉，繼續研磨25min，得到碳納米管負載二硫化鉬前驅體；再將得到的碳納米管負載二硫化鉬前驅體轉移至微波反應器中，在氬氣保護下進行微波加熱，微波輻射功率控制在1000W，微波輻射時間控制在600s，得到碳納米管負載二硫化鉬目標材料。實施例4稱取0.5g炭黑和0.1g鉬酸鈉置于研缽中，研磨5min，再加入0.5g硫粉，繼續研磨10min，得到炭黑負載二硫化鉬前驅體；再將得到的炭黑負載二硫化鉬前驅體轉移至微波反應器中，在氮氣保護下進行微波加熱，微波輻射功率控制在1000W，微波輻射時間控制在300s，得到炭黑負載二硫化鉬目標材料。實施例5稱取1.0g石墨烯和0.8g鎢酸鈉置于研缽中，研磨3min，再加入1.5g硫粉，繼續研磨15min，得到石墨烯負載二硫化鎢前驅體；再將得到的石墨烯負載二硫化鎢前驅體轉移至微波反應器中，在氮氣保護下進行微波加熱，微波輻射功率控制在1200W，微波輻射時間控制在120s，得到石墨烯負載二硫化鎢目標材料。該目標材料的XRD譜圖，如圖2所示，可以看出，石墨烯負載二硫化鎢無雜質峰且峰型較尖，表明合成的石墨烯負載二硫化鎢具有較高的結晶度和純度。實施例6稱取2.5g炭黑和1.5g偏鎢酸銨置于研缽中，研磨5min，再加入1.5g硫粉，繼續研磨20min，得到炭黑負載二硫化鎢前驅體；再將得到的炭黑負載二硫化鎢前驅體轉移至微波本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種無梯度加熱快速制備碳負載二硫化物的方法，其特征在于包括以下步驟：步驟1、取0.2～5.0g碳材料和0.1～8.0g鉬鹽或鎢鹽置于研缽中，研磨2～20min，再加入0.5～5.0g硫粉，繼續研磨10～30min，得到碳負載二硫化鉬前驅體或碳負載二硫化鎢前驅體，所述鉬鹽選自七鉬酸銨或鉬酸鈉中的一種，所述鎢鹽選自鎢酸鈉或偏鎢酸銨的一種，所述碳材料選自炭黑、碳納米管、石墨烯或石墨中的一種；步驟2、將步驟1得到的碳負載二硫化鉬前驅體或碳負載二硫化鎢前驅體轉移至微波反應器中，在保護性氣體的保護下進行微波加熱，微波輻射功率控制在800～1200W，微波輻射時間控制在120～600s，反應完成后可得到碳負載二硫化鉬或碳負載二硫化鎢目標材料，所述保護性氣體選自氮氣或氬氣中的一種。

【技術特征摘要】
1.一種無梯度加熱快速制備碳負載二硫化物的方法，其特征在于包括以下步驟：步驟1、取0.2～5.0g碳材料和0.1～8.0g鉬鹽或鎢鹽置于研缽中，研磨2～20min，再加入0.5～5.0g硫粉，繼續研磨10～30min，得到碳負載二硫化鉬前驅體或碳負載二硫化鎢前驅體，所述鉬鹽選自七鉬酸銨或鉬酸鈉中的一種，所述鎢鹽選自鎢酸鈉或偏鎢酸銨的一種，所述碳材料選自炭黑、碳納米管、石墨烯或...

【專利技術屬性】
技術研發人員：邱介山，黃紅菱，于暢，黃華偉，王釗，姚秀超，崔崧，譚新義，
申請(專利權)人：大連理工大學，
類型：發明
國別省市：遼寧,21