一种碲/二硒化碳复合材料及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于新能源材料技术领域，特别涉及一种碲/二硒化碳复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

二硒化碳(CSe

目前，二硒化碳及其复合材料的制备通常需要在高温高压的条件下进行。有研究将石墨粉或金刚石粉与硒粉混合球磨，在高温(1800-2300℃)、高压(9.6-12.5GPa)下获得了六方结构的碳硒化合物。有研究使用水热法制备二硒化碳纳米膜修饰的导电碳布(CSe

因此，亟需提供一种复合材料，其二硒化碳含量较高，Te和CSe

发明内容

本发明旨在解决现有技术中存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。本发明提供一种碲/二硒化碳复合材料，其二硒化碳含量较高，Te和CSe

本发明的发明构思：本发明所制备的碲/二硒化碳复合材料中，碲/二硒化碳纳米棒嵌入所述还原氧化石墨烯中，使得碲/二硒化碳纳米棒不易团聚，分散均匀，另外，碲/二硒化碳纳米棒等具有一维结构的纳米材料具有独特的形貌，使其在径向上可以缩短电子传输的路径，在轴向上具有为电子传输的高效通道；且具有较大的比表面积，可以获得更多的活性位点，从而提高其催化和吸附性质。同时，所述碲/二硒化碳纳米棒为核壳结构，壳为二硒化碳，核为碲；核壳结构结合了两种具有互补性能的硒、碲两种材料，可以部分或完全消除某种材料的局限性，可以获得比单一材料结构更好的储能能力，具有高度的灵活性。

因此，本发明的第一方面提供一种碲/二硒化碳复合材料。

具体的，一种碲/二硒化碳复合材料，包括还原氧化石墨烯和嵌入所述还原氧化石墨烯中的碲/二硒化碳纳米棒；所述碲/二硒化碳纳米棒为核壳结构，所述核壳结构的壳为二硒化碳，所述核壳结构的核为碲。

优选地，所述复合材料中，所述碲、二硒化碳、还原氧化石墨烯的质量比为(2.7-3.3)：(3.5-4.5)：3。

进一步优选地，所述复合材料中，所述碲、二硒化碳、还原氧化石墨烯的质量比为3：4：3。

优选地，所述碲/二硒化碳纳米棒的长度为35-110nm；所述碲/二硒化碳纳米棒的直径为10-40nm。

进一步优选地，所述碲/二硒化碳纳米棒的长度为40-100nm；所述碲/二硒化碳纳米棒的直径为12-35nm。

优选地，所述核的直径为5-15nm；所述壳的厚度为5-25nm。

进一步优选地，所述核的直径为5-12nm；所述壳的厚度为7-23nm。

本发明的第二方面提供一种本发明第一方面所述的碲/二硒化碳复合材料的制备方法。

具体的，所述碲/二硒化碳复合材料的制备方法，包括以下步骤：

将表面活性剂、氧化石墨烯、碲氢化物、硒氢化物混合，反应，制得所述碲/二硒化碳复合材料。

优选地，所述碲/二硒化碳复合材料的制备方法具体包括以下步骤：

将所述碲氢化物、硒氢化物的混合溶液加入到含有所述表面活性剂和氧化石墨烯的混合溶液中，反应，制得所述碲/二硒化碳复合材料。

优选地，所述碲氢化物、硒氢化物的混合溶液中，所述碲氢化物与硒氢化物的摩尔比为0.9-1.1：1.8-2.2。

进一步优选地，所述碲氢化物、硒氢化物的混合溶液中，所述碲氢化物与硒氢化物的摩尔比为1：2。

优选地，所述碲氢化物包括碲氢化钠；所述硒氢化物包括硒氢化钠。

优选地，所述碲氢化钠、硒氢化钠的混合溶液的制备方法具体包括以下步骤：

将硼氢化钠、碲粉、硒粉在溶剂中混合，反应，得到所述碲氢化钠、硒氢化钠的混合溶液。

优选地，所述硼氢化钠，碲粉和硒粉的摩尔比为27：6-8：4-6。

进一步优选地，所述硼氢化钠，碲粉和硒粉的摩尔比为27：8：4。

优选地，所述溶剂为水；进一步优选地，所述溶剂为去离子水。

优选地，所述硼氢化钠、碲粉、硒粉在溶剂中混合后在反应瓶中进行反应。

具体的，所述反应瓶采用橡胶塞密封，并在橡胶塞的顶端插上不锈钢针以确保反应产生的H

优选地，所述硼氢化钠、碲粉、硒粉的反应在冰水浴中进行。

优选地，所述反应的温度为0-10℃；进一步优选地，所述反应的温度为0-5℃。

优选地，所述反应的时间为7.5-8.5h；进一步优选地，所述反应的时间为8h。

优选地，所述反应的过程中采用磁力搅拌使反应均匀而缓慢地进行。

具体的，反应后产生白色的四硼酸钠沉淀，取上清液为碲氢化钠和硒氢化钠的混合溶液。

优选地，拔掉橡胶塞顶端的不锈钢针，静置，取上清液即为碲氢化钠和硒氢化钠的混合溶液。

优选地，所述含有表面活性剂和氧化石墨烯的混合溶液的制备方法具体包括以下步骤：

将氧化石墨烯的水溶液和表面活性剂在溶剂中混合，制得含有表面活性剂和氧化石墨烯的混合溶液。

优选地，所述氧化石墨烯和所述表面活性剂的质量比为1：300-1100。

进一步优选地，所述氧化石墨烯和所述表面活性剂的质量比为1：337.5-1012.5。

优选地，所述表面活性剂和所述溶剂的用量比为280-1350mg：40mL。

进一步优选地，所述表面活性剂和所述溶剂的用量比为310-1240mg：40mL。

优选地，所述表面活性剂为聚乙烯吡咯烷酮(PVP)。

优选地，所述溶剂为水；进一步优选地，所述溶剂为去离子水。

优选地，在剧烈的磁力搅拌的作用下，将所述碲氢化物、硒氢化物的混合溶液快速加入到含有所述表面活性剂和氧化石墨烯的混合溶液中。

优选地，所述磁力搅拌的转速为700-1300r/min；进一步优选地，所述磁力搅拌的转速为800-1200r/min；更进一步优选地，所述磁力搅拌的转速为1000r/min。

优选地，所述氧化石墨烯和所述碲氢化物、硒氢化物的混合溶液的用量比为0.7-0.9mg：0.18-0.45mL。

进一步优选地，所述氧化石墨烯和所述碲氢化物、硒氢化物的混合溶液的用量比为0.8mg：0.2-0.4mL。

优选地，制备所述碲/二硒化碳复合材料时的反应在保护性气氛下进行。

优选地，所述保护性气氛为氩气。

具体的，使用水泵将三口反应烧瓶中的气氛用氩气替换，并用橡胶塞密封避免氧气进入。

优选地，当所述碲氢化物、硒氢化物的混合溶液加入到含有所述表面活性剂和氧化石墨烯的混合溶液中后进行反应。

优选地，所述反应在水浴中进行。

优选地，所述反应的温度为35-65℃，所述反应的时间为3-24h。

进一步优选地，所述反应的温度为40-60℃，所述反应的时间为4-12h。

更进一步优选地，所述反应的温度为50℃，所述反应的时间为6h。

优选地，所述反应后还包括将反应后的溶液离心、洗涤和冷冻干燥的过程。

优选地，所述离心的转速为5500-11000rpm；所述离心的时间为4-6min。

进一步优选地，所述离心的转速为6000-10000rpm；所述离心的时间为4.5-5.5min。

优选地，采用去离子水进行洗涤。

优选地，所述冷冻干燥的温度为-45～-30℃；所述冷冻干燥的时间为22-26h。

进一步优选地，所述冷冻干燥的温度为-40～-35℃；所述冷冻干燥的时间为23-25h。

具体的，本发明在40-60℃的温度下，采用溶液法即可制备碲/二硒化碳复合材料，工艺简单、反应条件温和、成本低廉。

本发明的第三方面提供一种本发明第一方面所述的碲/二硒化碳复合材料在光电、传感领域中的应用。

相对于现有技术，本发明提供的技术方案的有益效果如下：

(1)本发明复合材料中，碲/二硒化碳纳米棒嵌入还原氧化石墨烯中，使得碲/二硒化碳纳米棒不易团聚，分散均匀。另外，一维结构的纳米材料具有独特的形貌，使其在径向上可以缩短电子传输的路径，在轴向上具有为电子传输的高效通道；且具有较大的比表面积，可以获得更多的活性位点，从而提高其催化和吸附性质。

(2)本发明碲/二硒化碳纳米棒为核壳结构，壳为二硒化碳，核为碲；核壳结构结合了两种具有互补性能的硒、碲两种材料，可以部分或完全消除某种材料的局限性，可以获得比单一材料结构更好的储能能力，具有高度的灵活性。

(3)本发明制备工艺简单、无需高温高压的工艺条件，在40-60℃的温度条件下采用一步溶液法即可制备得到碲/二硒化碳复合材料，成本低，有利于大规模的生产应用，具有良好的经济效益。

附图说明

图1为本发明实施例1所制备的Te@CSe

图2为本发明实施例1所制备的Te@CSe

图3为本发明实施例1所制备的Te@CSe

具体实施方式

为了让本领域技术人员更加清楚明白本发明所述技术方案，现列举以下实施例进行说明。需要指出的是，以下实施例对本发明要求的保护范围不构成限制作用。

以下实施例中所用的原料、试剂或装置如无特殊说明，均可从常规商业途径得到，或者可以通过现有已知方法得到。

实施例1

一种Te@CSe

(1)将0.34g NaBH

(2)将310mg PVP和0.4mL氧化石墨烯(GO)水溶液(2g/L)完全分散在40mL去离子水中，得到含有PVP和GO的混合溶液；

(3)使用水泵将三口反应烧瓶中的气氛用氩气替换，并用橡胶塞密封避免氧气进入；然后，在剧烈的磁力搅拌下，通过注射器将0.3mL步骤(1)所制得的NaHTe和NaHSe混合溶液快速注射到步骤(2)所制得的含有PVP和GO的混合溶液中；将三口反应烧瓶置于50℃的水浴中，使NaHTe和NaHSe与GO充分反应，反应6h后，以10000rpm转速离心5min，并用去离子水洗涤三次，然后冷冻干燥24h，制得Te@CSe

实施例2

一种Te@CSe

(1)NaHTe和NaHSe混合溶液的制备过程同实施例1；

(2)将620mg PVP和0.4mL GO水溶液(2g/L)完全分散在40mL去离子水中，得到含PVP和GO的混合溶液；

(3)使用水泵将三口反应烧瓶中的气氛用氩气替换，并用橡胶塞密封避免氧气进入；然后，在剧烈的磁力搅拌下，通过注射器将0.3mL步骤(1)所制得的NaHTe和NaHSe混合溶液快速注射到步骤(2)所制得的含有PVP和GO的混合溶液中；将三口反应烧瓶置于50℃的水浴中，使NaHTe和NaHSe与GO充分反应，反应6h后，以10000rpm的转速离心5min，并用去离子水洗涤三次，然后冷冻干燥24h，制得Te@CSe

实施例3

一种Te@CSe

(1)NaHTe和NaHSe混合溶液的制备过程同实施例1；

(2)将1240mg PVP和0.4mL GO水溶液(2g/L)完全分散在40mL去离子水中，得到含PVP和GO的混合溶液；

(3)使用水泵将三口反应烧瓶中的气氛用氩气替换，并用橡胶塞密封避免氧气进入；然后，在剧烈的磁力搅拌下，通过注射器将0.3mL步骤(1)所制得的NaHTe和NaHSe混合溶液快速注射到步骤(2)所制得的含有PVP和GO的混合溶液中；将三口反应烧瓶置于50℃的水浴中，使NaHTe和NaHSe与GO充分反应，反应6h后，以10000rpm的转速离心5min，并用去离子水洗涤三次，然后冷冻干燥24h，制得Te@CSe

实施例4

一种Te@CSe

(1)NaHTe和NaHSe混合溶液的制备过程同实施例1；

(2)将620mg PVP和0.4mL GO水溶液(2g/L)完全分散在40mL去离子水中，得到含PVP和GO的混合溶液；

(3)使用水泵将三口反应烧瓶中的气氛用氩气替换，并用橡胶塞密封避免氧气进入；然后，在剧烈的磁力搅拌下，通过注射器将0.4mL步骤(1)所制得的NaHTe和NaHSe混合溶液快速注射到步骤(2)所制得的含有PVP和GO的混合溶液中；将三口反应烧瓶置于50℃的水浴中，使NaHTe和NaHSe与GO充分反应，反应6h后，以10000rpm的转速离心5min，并用去离子水洗涤三次，然后冷冻干燥24h，制得Te@CSe

实施例5

一种Te@CSe

(1)NaHTe和NaHSe混合溶液的制备过程同实施例1；

(2)将620mg PVP和0.4mL GO水溶液(2g/L)完全分散在40mL去离子水中，得到含PVP和GO的混合溶液；

(3)使用水泵将三口反应烧瓶中的气氛用氩气替换，并用橡胶塞密封避免氧气进入；然后，在剧烈的磁力搅拌下，通过注射器将0.3mL步骤(1)所制得的NaHTe和NaHSe混合溶液快速注射到步骤(2)所制得的含有PVP和GO的混合溶液中；将三口反应烧瓶置于60℃的水浴中，使NaHTe和NaHSe与GO充分反应，反应6h后，以10000rpm的转速离心5min，并用去离子水洗涤三次，然后冷冻干燥24h，制得Te@CSe

性能测试

1.XRD测试

对实施例1所制备的Te@CSe

由图1可以看出，复合材料的XRD曲线与二硒化碳的特征峰完全一致(JCPDS卡号39-0753)，其中27-28°的峰对应于Te元素，表明合成了具有良好结晶度的Te和CSe

2.TEM测试

对实施例1所制备的Te@CSe

3.HRTEM测试

对实施例1所制备的Te@CSe

4.二硒化碳含量测定

采用热重分析(TGA)和电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)对实施例1所制备的Te@CSe

综上所述，本发明提供了一种Te@CSe

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。