碳纖維二硫化鎢納米片核殼複合材料

二硫化鎢具有類石墨烯結構，是典型的層狀化合物，其層內原子通過很強的共價鍵結合，層間為微弱的范德華力。二硫化鎢這種獨特的結構，賦予其特殊的力學、光學和電學性能。因此，二硫化鎢納米材料不僅在潤滑、磨損領域具有廣泛的應用，而且在催化(如可見光降解有機污染物、可見光制氫，電催化制氫)、鋰電池(如陽極材料)、光電轉化(如發光 二極體、太陽能電池)等領域有著廣闊的應用前景，引起了科研工作者的廣泛關注。

雖然二硫化鎢的帶隙較小(約1.8eV)，具有強的吸收可見光的能力，理論上在光電轉化以及催化領域都有非常優異的性能，但是實際上其在太陽能電池、光催化降解有機污染物以及可見光制氫能力等方面都表現很差，一般認為這是光催化過程中產生的電子和空 穴非常容易複合導致的。為了提高二硫化鎢的可見光催化能力，必須加快其光生電子和空穴的分離，常見的方法就是將二硫化鎢和其他材料複合，如將二硫化鎢和石墨烯等碳材料複合。其目的是利用石墨優異的導電性，將光生電子迅速的傳導出去從而降低了二硫化鎢光生電子和空穴的重新複合，大大提高其在光催化和太陽能電池方面的性能。此外，與石墨複合，還將增強二硫化鎢的導電性，使其在作為電催化劑或者陽極材料得到更好的應用。

將二硫化鎢和碳材材料複合，可採用核殼複合結構的製備方案，利用預氧化聚丙烯腈纖維在高溫下才熱解成碳的特點，在真空管式爐中，用熱蒸發技術直接蒸發硫粉末作為硫源，在載氣作用下，在高溫下薰蒸浸泡過WO3懸濁液的預氧化聚丙烯腈纖維，實現碳纖維和二硫化鎢納米片的同時合成，能高產率地製備得到所述碳纖維二硫化鎢納米片核殼複合材料，其步驟可採用以下方案：

(1)在真空管式爐中，將裝有硫粉的氧化鋁陶瓷坩堝放置在氣流上方距離爐中央加熱區域10-40cm處，將盛有浸泡過WO3懸濁液的預氧化聚丙烯腈纖維的石英基片放置在爐中央加熱區域。

(2)在加熱前，先用真空泵對整個系統抽真空至0.02Pa以下，然後向系統中通入高純惰性載氣，並重複多次，以排除系統中的空氣。然後以10-20℃/min的速率升溫到300-500 ℃，並保溫5-20分鐘，再以10-30℃/min的速率升溫到800-1100℃，並保溫1-5小時。在加熱過程中，在真空系統持續工作的前提下通入載氣並保持載氣流量為100-300標準立方釐米每分鐘，且整個加熱過程在惰性載氣保護下完成，最後自然降溫到室溫，即可在基片上得到大量高純度、高密度的碳纖維-二硫化鎢納米片核殼複合結構。

上述碳纖維二硫化鎢納米片核殼複合材料，具有設備和工藝簡單、合成生長條件嚴格可控、產品收率高、成本低廉、生產過程清潔環保等特點。所獲得的核殼複合結構密度高、純度高，納米尺度有序、直徑和厚度均勻、形貌可控，無需後處理。