一种(002)晶面生长的金属相柔性二硫化钼超级电容器电极材料的制备方法

摘要

本发明公开了一种通过水热法合成(002)晶面暴露的金属相二硫化钼柔性超级电容器电极材料。本专利申请通过将(002)晶面暴露的金属相二硫化钼直接生长在碳纤维基底上，所制备的超级电容器电极材料表现出较高的比电容和超长的循环稳定性。并且其同时具有良好的柔性性能。本申请发明的超级电容器电极材料，实验操作简单，生产价格低廉，具有广阔的工业化应用前景。

权利要求

1.一种 (002) 晶面生长的金属相柔性二硫化钼超级电容器电极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)硫源，钼源，乙醇和水搅拌均匀配制得到前驱体溶液；

(2)将上述前驱体溶液加入反应釜内胆中,加入一片碳纤维基底材料；

(3)将反应釜放入烘箱中，进行反应； 待烘箱冷却至室温后，将碳纤维材料超声洗涤，干燥， 得到 (002) 晶面生长的金属相柔性二硫化钼超级电容器电极材料；该材料主要用于柔性超级电容器电极材料，二硫化钼的形貌为纳米片结构；所述步骤(1)中钼源为十二水和钼酸钠，硫源为L-半胱氨酸，钼源与硫源的摩尔比列为1：10； 碳纤维基底材料的处理方式为浸泡在王水溶液中，100摄氏度加热2个小时，洗涤干燥；所述步骤(1)中钼源的用量为

0.5-2 毫摩尔，L-半胱氨酸的用量为5-20毫摩尔； 碳纤维基底材料的尺寸为3 cm * 6 cm。

2.根据权利要求1所述的一种 (002) 晶面生长的金属相柔性二硫化钼超级电容器电极材料的制备方法，其特征在于:所述步骤(1)水和乙醇的体积比为1：1至5：1，总体积为60毫升。

3.根据权利要求1所述的一种 (002) 晶面生长的金属相柔性二硫化钼超级电容器电极材料的制备方法，其特征在于:步骤(3)中反应温度为180-220摄氏度，时间为24-36小时。

说明书

一种(002)晶面生长的金属相柔性二硫化钼超级电容器电极

材料的制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于电容器电极材料的制备领域,特别涉及一种(002)晶面生长的金属相柔性二硫化钼超级电容器电极材料的制备方法。

背景技术

[0002] 超级电容器又叫做电化学电容器，是近几年发展较快的一种介于传统电容器和二次电池之间的新型储能器件，兼具二者的优点——比传统电容器更高的能量密度，同时比各种二次电池更高的功率密度。此外，超级电容器的典型优点也促使其在多领域的应用，这些优点包括充电速率快、循环寿命长、工作温度范围宽、免维修和经济环保等。而随着智能化的发展，人们对于超级电容器有提出了新的要求，比如可穿戴便携式柔性超级电容器材料。

[0003] 过渡金属二硫化钼作为一种廉价的电极材料，在超级电容器中得到了广泛的应用。然而作为一种半导体材料，由于其较差的导电性，从而导致其实际容量较低以及循环稳定性较差的问题。有研究证明，二硫化钼具有1T相，2H相和3R相三种结构。其中金属1T相具有非常高的导电性，因而制备高纯相结构的二硫化钼对于提升电极材料的导电性，进而提升其实际容量和循环稳定性，是一种有效地手段。此外，二硫化钼 (002) 晶面的边缘部分具有良好的反应活性，通过控制镜面的生长，使更多的活性位点得以暴露，可以有效地提升材料的整体性能。因此，我们通过以碳纤维为基底材料，制备出 (002) 晶面活性位点大量暴露的金属相二硫化钼柔性电极材料，并将之应用于超级电容器，符合时代的发展需求，并且具有工业化生产的可行性，是一个有价值的研究课题。

发明内容

[0004] 本发明所要解决的技术问题是提供一种 (002) 晶面生长的金属相柔性二硫化钼超级电容器电极材料的制备方法,本发明的制备方法简单，成本低，产率比较高，制得的电极材料具有较高的比电容和良好的稳定性，使用寿命长，同时还具有良好的电化学活性。

[0005] 本发明的目的是这样实现的：

[0006] 一种(002) 晶面生长的金属相柔性二硫化钼超级电容器电极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤:

[0007] (1)硫源，钼源，乙醇和水搅拌均匀配制得到前驱体溶液，

[0008] (2)将上述前驱体溶液加入反应釜内胆中,加入一片碳纤维基底材料；

[0009] (3)将反应釜放入烘箱中，进行反应；待烘箱冷却至室温后，将碳纤维材料超声洗涤，干燥。得到 (002) 晶面生长的金属相柔性二硫化钼超级电容器电极材料。

[0010] 进一步：

[0011] (1)所述步骤(1)中钼源为十二水和钼酸钠，硫源为L-半胱氨酸，钼源与硫源的摩尔比为1：10；

[0012] (2) 所述步骤(1)中钼源的用量为0.5-2 毫摩尔，L-半胱氨酸的用量为5-20毫摩尔；

[0013] (3)所述步骤(1)水和乙醇的体积比为1：1至5：1，总体积为60毫升；

[0014] (4)步骤(3)中反应温度为180-220摄氏度，时间为24-36小时。

[0015] 积极有益效果：本发明制备的 (002) 晶面生长金属相柔性二硫化钼超级电容器电极材料的制备方法操作简单，只需较短的时间就可制得结构完整，性能优异的二硫化钼柔性电极材料，不需要复杂设备，成本低廉，合成的二硫化钼柔性纳米材料比表面积大，分布均匀，具有大面积暴露的 (002) 活性反应位点和较高组分的金属相结构，表现出较高的比电容和电化学性能稳定，且循环寿命长，为工业化生产提供了可能，是一种优良的超级电容器电极材料，具有良好的发展前景。本发明的制备方法简单、有效，成本低廉、绿色环保。

附图说明

[0016] 图1为本发明实施例1 制备的(002) 晶面生长金属相柔性二硫化钼超级电容器电极材料的XRD谱图；

[0017] 图2为本发明实施例1 制备的 (002) 晶面生长金属相柔性二硫化钼超级电容器电极材料的XPS谱图；

[0018] 图3为本发明实施例1 制备的 (002) 晶面生长金属相柔性二硫化钼超级电容器电极材料在不同放大倍数下的SEM图；

[0019] 图4为本发明实施例1 制备的 (002) 晶面生长金属相柔性二硫化钼超级电容器电极材料的HRTEM图；

[0020] 图5为本发明实施例2制备的 (002) 晶面生长金属相柔性二硫化钼超级电容器电极材料在不同放大倍数下的SEM图；

[0021] 图6为本发明实施例3 制备的 (002) 晶面生长金属相柔性二硫化钼超级电容器电极材料在不同放大倍数下的SEM图。

具体实施方式

[0022] 下面结合具体实施例，对本发明做进一步的说明：

[0023] 实施例 1

[0024] 将碳纤维材料浸泡在王水溶液中，100摄氏度加热2个小时后洗涤干燥，备用。将0.5 毫摩尔钼酸钠和5毫摩尔L-半胱氨酸溶解在50毫升水和10毫升无水乙醇中，搅拌溶解配制成均匀的溶液。然后将此混合溶液倒入反应釜中，加入一片处理好的碳纤维基底材料 (尺寸为3 cm * 6 cm)，放入烘箱中，200摄氏度条件下反应24小时。待烘箱温度降至室温后，取出碳纤维复合材料，超声清洗并在60度条件下真空干燥。

[0025] 经检测，在本实例所制备的二硫化钼超级电容器电极材料中检测到 (002) 晶面。

[0026] 经检测，本本实例所制备的二硫化钼超级电容器电极材料为金属相的二硫化钼。

[0027] 经检测，本实例所制备的二硫化钼超级电容器电极材料表现出良好的柔性性能，经过不同角度的弯折，其比电容为发生明显的变化。并且经过重复弯折之后，其比电容也未发生变化。

[0028] 经检测，本实例所制备的二硫化钼超级电容器电极材料的循环性能良好，在2安每克的电流密度下，经过1000次的循环，仍有90%的首次能量被保存下来。

[0029] 实施例 2

[0030] 将碳纤维材料浸泡在王水溶液中，100摄氏度加热2个小时后洗涤干燥，备用。将1毫摩尔钼酸钠和10毫摩尔L-半胱氨酸溶解在50毫升水和10毫升无水乙醇中，搅拌溶解配制成均匀的溶液。然后将此混合溶液倒入反应釜中，加入一片处理好的碳纤维基底材料 (尺寸为3 cm * 6 cm)，放入烘箱中，200摄氏度条件下反应24小时。待烘箱温度降至室温后，取出碳纤维复合材料，超声清洗并在60度条件下真空干燥。

[0031] 经检测，在本实例所制备的二硫化钼超级电容器电极材料中检测到 (002) 晶面。

[0032] 经检测，本本实例所制备的二硫化钼超级电容器电极材料为金属相的二硫化钼。

[0033] 经检测，本实例所制备的二硫化钼超级电容器电极材料表现出良好的柔性性能，经过不同角度的弯折，其比电容为发生明显的变化。并且经过重复弯折之后，其比电容也未发生变化。

[0034] 经检测，本实例所制备的二硫化钼超级电容器电极材料的循环性能良好，在2安每克的电流密度下，经过1000次的循环，仍有86%的首次能量被保存下来。

[0035] 实施例 3

[0036] 将碳纤维材料浸泡在王水溶液中，100摄氏度加热2个小时后洗涤干燥，备用。将2毫摩尔钼酸钠和20毫摩尔L-半胱氨酸溶解在50毫升水和10毫升无水乙醇中，搅拌溶解配制成均匀的溶液。然后将此混合溶液倒入反应釜中，加入一片处理好的碳纤维基底材料 (尺寸为3 cm * 6 cm)，放入烘箱中，200摄氏度条件下反应24小时。待烘箱温度降至室温后，取出碳纤维复合材料，超声清洗并在60度条件下真空干燥。

[0037] 经检测，在本实例所制备的二硫化钼超级电容器电极材料中检测到 (002) 晶面。

[0038] 经检测，本本实例所制备的二硫化钼超级电容器电极材料为金属相的二硫化钼。

[0039] 经检测，本实例所制备的二硫化钼超级电容器电极材料表现出良好的柔性性能，经过不同角度的弯折，其比电容为发生明显的变化。并且经过重复弯折之后，其比电容也未发生变化。

[0040] 经检测，本实例所制备的二硫化钼超级电容器电极材料在2安每克的电流密度下，经过1000次的循环，79% 的首次能量被保存下来。

[0041] 本发明制备的 (002) 晶面生长金属相柔性二硫化钼超级电容器电极材料的制备方法操作简单，只需较短的时间就可制得结构完整，性能优异的二硫化钼柔性电极材料，不需要复杂设备，成本低廉，合成的二硫化钼柔性纳米材料比表面积大，分布均匀，具有大面积暴露的 (002) 活性反应位点和较高组分的金属相结构，表现出较高的比电容和电化学性能稳定，且循环寿命长，为工业化生产提供了可能，是一种优良的超级电容器电极材料，具有良好的发展前景。本发明的制备方法简单、有效，成本低廉、绿色环保。