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本发明属于过渡金属硫化物-碳材料技术领域，具体为一种硫化钼／石墨烯／碳纳米球复合材料及其制备方法。本发明的制备方法包括：通过水热法制备碳纳米球，再将碳纳米球和氧化石墨烯进行混合，再通过一步水热法在氧化石墨烯／碳纳米球上原位生长硫化钼纳米片，最后通过热还原法制备得到硫化钼／石墨烯／碳纳米球复合材料。