一种氮磷共掺杂碳包覆MoO3-ｘ及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种氮磷共掺杂碳包覆MoO3‑X及其制备方法。本发明专利技术以磷钼酸和N‑甲基咪唑为原料，制备过程通过沉淀制得黄色沉淀物，使用环己烷和乙醇的混合溶液洗涤过程产物中的杂质，提高反应产物的纯净度；通过煅烧的方法制备出氮磷共掺杂碳包覆的MoO3‑X复合材料；整个制备过程工艺简单、实验条件宽松、成本低廉，适用于规模化生产。制备出氮磷共掺杂碳包覆的MoO3‑X复合材料为含有氧空位的三氧化钼，氧空位作为浅施主，可以提高载流子的密度，从而提高材料的导电性。将制备出的氮磷共掺杂碳包覆的MoO3‑X复合材料在100mA/g下进行充放电容量测试发现，其放电比容量和充电比容量分别为1077mAh g‑1和787mAh g‑1，说明所制备的复合材料具有优异的电化学活性。

Nitrogen and phosphorus Co doped carbon coated MoO3-x and preparation method thereof

The invention discloses a nitrogen phosphorus Co doped carbon coated MoO3 X and a preparation method thereof. The invention takes phosphomolybdic acid and N_methylimidazole as raw materials, and in the preparation process, the yellow precipitate is prepared by precipitation, the impurities in the product are washed by the mixed solution of cyclohexane and ethanol, and the purity of the reaction product is improved; the nitrogen-phosphorus co-doped carbon-coated MoO3_X composite is prepared by calcination method; and the whole preparation process is carried out. The process is simple, the experimental conditions are loose, and the cost is low, which is suitable for large-scale production. Nitrogen and phosphorus co-doped carbon-coated MoO3_X composites were prepared as molybdenum trioxide with oxygen vacancy. Oxygen vacancy as a shallow donor can increase the carrier density and improve the conductivity of the composites. The charge-discharge capacities of the prepared N-P co-doped carbon-coated MoO_3_X composites were measured at 100 mA/g. The results showed that the discharge specific capacities and charge specific capacities of the composites were 1077 mAh_1 and 787 mAh_1, respectively, indicating that the composites had excellent electrochemical activities.

【技术实现步骤摘要】
一种氮磷共掺杂碳包覆MoO3-x及其制备方法
本专利技术属于无机纳米材料制备领域，尤其涉及一种氮磷共掺杂碳包覆MoO3-x及其制备方法。
技术介绍
近年来，化石能源的过度使用带来了诸多的环境问题，开发使用新型可持续发展的清洁能源是我国发展的必然趋势。但是这些清洁能源在储存及电能输出方面存在着一定的技术障碍，因此，研制性能优异的储能器件是众多研究者的工作重点。其中，锂离子电池是目前研究较为广泛的储能器件。负极材料是锂离子电池的重要组成部分，商业化的锂离子电池负极材料主要以石墨为主，但是石墨理论比容量较低(372mAh/g)，制约了商业化锂离子电池高能量密度的实现。为了满足社会对高能量密度电池的需求，科研人员正在研发高比容量的负极材料。钼氧化物是一类应用前景较好的负极材料，具有较高的理论比容量。但是该类材料的导电性相对较差，电子传输和离子扩散缓慢。研究表明，钼氧化物和碳基材料的复合可以有效提高材料的导电率，从而提高材料的储锂性能。氮、磷等元素掺杂碳材料可以进一步提高材料的导电性能。如中国专利CN103904293A公开了一种三氧化钼原位包覆掺氮碳纳米管复合电极材料，该专利技术通过原位法在碳纳米管上原位生长三氧化钼，可以有效的提高其储锂性能。但是制备过程中需要使用化学沉积和电沉积的方法，步骤相对复杂，实验条件苛刻，不能够大规模生产。中国专利CN104371714A公开了一种三氧化钼、氧化石墨烯复合材料，该方法以三氧化钼为原料，通过高温分解法转化为纳米颗粒，接下来采用表面活性剂处理并与氧化石墨烯复合制备出目标产物。该方法使用大量的表面活性剂，制备的产物均匀性有待提高。中国专利CN102623687A公开了一种高容量二氧化钼负极材料的制备方法及其应用，该方法采用静电纺丝和热处理结合的方法制备二氧化钼，产物具有很高的比容量，但是静电纺丝不能批量生产，制备纺丝浆料相对复杂，同时电化学稳定性存在着一定的不足。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决上述现有技术的问题，提供一种氮磷共掺杂碳包覆MoO3-x及其制备方法。该专利技术以磷钼酸和N-甲基咪唑为原材料，过程通过沉淀、洗涤去除杂质及煅烧的方法制备出氮磷共掺杂碳包覆MoO3-x。为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：一种氮磷共掺杂碳包覆MoO3-x的制备方法，包括以下步骤：1)将磷钼酸溶解到去离子水中，搅拌均匀，制得磷钼酸溶液；2)向磷钼酸溶液中加入N-甲基咪唑，搅拌后得到黄色沉淀物；3)将黄色沉淀物离心分离，得到分离产物，用环己烷和乙醇的混合溶液洗涤分离产物，得到反应产物；4)将步骤3)得到的反应产物真空干燥后在惰性气体气氛下煅烧，得到氮磷共掺杂碳包覆MoO3-x纳米材料。本专利技术的进一步改进在于：步骤1)中磷钼酸溶液的浓度为1～2.5mg/ml。加入的N-甲基咪唑与磷钼酸的摩尔比为3:1；搅拌7-12h，得到黄色沉淀物。步骤3)中环己烷和乙醇的混合溶液洗涤分离产物3～5次；其中环己烷和乙醇的体积比为(2-5):1。步骤4)中真空干燥温度为40～70℃，干燥时间为7～10h。步骤4)中惰性气体选用氩气，煅烧时间为2～4h，煅烧温度为300～500℃。一种氮磷共掺杂碳包覆MoO3-x，MoO3-x颗粒尺寸为500～700nm。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术以磷钼酸和N-甲基咪唑为原料，制备过程通过沉淀制得黄色沉淀物后，使用环己烷和乙醇的混合溶液洗涤过程产物中的杂质，提高反应产物的纯净度；通过煅烧的方法制备出氮磷共掺杂碳包覆的MoO3-X复合材料；整个制备过程工艺简单、实验条件较为宽松、成本低廉，适用于工业规模化生产。氮磷共掺杂碳包覆的MoO3-X复合材料是含有氧空位的三氧化钼，氧空位作为浅施主，可以提高载流子的密度，从而提高材料的导电性。将制备出的氮磷共掺杂碳包覆的MoO3-X纳米材料在100mA/g下进行充放电容量测试发现，其放电比容量和充电比容量分别为1077mAh·g-1和787·mAhg-1，说明所制备的复合材料具有优异的电化学活性。【附图说明】图1为制备的复合材料扫描电镜图；图2为制备的复合材料XRD图；图3为制备的复合材料充放电曲线。【具体实施方式】下面结合附图与实施例对本专利技术做进一步详细描述。本专利技术涉及一种氮磷共掺杂碳包覆MoO3-x的制备方法，包括以下步骤：(1)将磷钼酸加入到去离子水中，搅拌均匀后，制得磷钼酸溶液，浓度为1～2.5mg/ml；(2)向磷钼酸溶液中加入N-甲基咪唑，加入的N-甲基咪唑与步骤(1)磷钼酸的摩尔比为3:1，搅拌7-12h，得到黄色沉淀物；(3)将步骤(2)的黄色沉淀物离心分离后得到分离产物，用环己烷和乙醇的混合溶液对分离产物洗涤3-5次去除杂质，得到反应产物，其中环己烷和乙醇的体积比为(2-5):1。(4)将步骤(3)得到的反应产物真空干燥7-10h，干燥温度为40-70℃，得到干燥产物。(5)将步骤(4)得到的干燥产物在惰性气体气氛下煅烧2-4h，煅烧温度为300-500℃，得到氮磷共掺杂碳包覆MoO3-x纳米材料。图1为制备得到的氮磷共掺杂碳包覆MoO3-x的扫描电子显微镜图，纳米材料形貌为不规则颗粒，颗粒尺寸为500-700nm。图2是制备的氮磷共掺杂碳包覆MoO3-x纳米材料的XRD图。图3是制备的氮磷共掺杂碳包覆MoO3-x纳米材料在100mA/g下的充放电曲线，其放电比容量和充电比容量分别为1077mAh·g-1，787mAh·g-1，说明所制备的复合材料具有优异的电化学活性。实施例11)将100mg的磷钼酸加入到40mL去离子水中，并搅拌均匀，制得浓度为2.5mg/mL的磷钼酸溶液；2)向磷钼酸溶液中加入12.4mg的N-甲基咪唑，搅拌7h，得到黄色沉淀；3)将黄色沉淀离心分离，得到离心产物，用环己烷和乙醇的混合溶液对离心产物洗涤3次以去除杂质，得到反应产物；其中环己烷和乙醇的体积比为3:1；4)将步骤3)得到的反应产物在50℃下真空干燥7h，得到干燥产物；5)将步骤4)的干燥产物在氩气气氛下煅烧2h，煅烧温度400℃，得到氮磷共掺杂碳包覆MoO3-x纳米材料。通过本实施例的数据制得的氮磷共掺杂碳包覆MoO3-x纳米材料，形貌为不规则颗粒，颗粒尺寸为500-700nm；将纳米材料在100mA/g下进行充放电容量测试发现，其放电比容量和充电比容量分别为1077mAh·g-1和787·mAhg-1。实施例21)将100mg的磷钼酸加入到50mL去离子水中，并搅拌均匀，制得浓度为2mg/mL的磷钼酸溶液；2)向磷钼酸溶液中加入12.4mg的N-甲基咪唑，搅拌12h，得到黄色沉淀；3)将黄色沉淀离心分离，得到离心产物，用环己烷和乙醇的混合溶液对离心产物洗涤5次以去除杂质，得到反应产物；其中环己烷和乙醇的体积比为3:1；4)将步骤3)得到的反应产物在50℃下真空干燥8h，得到干燥产物；5)将步骤4)的干燥产物在氩气气氛下煅烧2h，煅烧温度400℃，得到氮磷共掺杂碳包覆MoO3-x纳米材料。实施例31)将100mg的磷钼酸加入到60mL去离子水中，并搅拌均匀，制得浓度为1.67mg/mL的磷钼酸溶液；2)向磷钼酸溶液中加入12.4mg的N-甲基咪唑，搅拌11h，得到黄色沉淀；3)将黄色沉淀离本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氮磷共掺杂碳包覆MoO3‑x的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将磷钼酸溶解到去离子水中，搅拌均匀，制得磷钼酸溶液；2)向磷钼酸溶液中加入N‑甲基咪唑，搅拌后得到黄色沉淀物；3)将黄色沉淀物离心分离，得到分离产物，用环己烷和乙醇的混合溶液洗涤分离产物，得到反应产物；4)将步骤3)得到的反应产物真空干燥后在惰性气体气氛下煅烧，得到氮磷共掺杂碳包覆MoO3‑x纳米材料。

【技术特征摘要】
1.一种氮磷共掺杂碳包覆MoO3-x的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将磷钼酸溶解到去离子水中，搅拌均匀，制得磷钼酸溶液；2)向磷钼酸溶液中加入N-甲基咪唑，搅拌后得到黄色沉淀物；3)将黄色沉淀物离心分离，得到分离产物，用环己烷和乙醇的混合溶液洗涤分离产物，得到反应产物；4)将步骤3)得到的反应产物真空干燥后在惰性气体气氛下煅烧，得到氮磷共掺杂碳包覆MoO3-x纳米材料。2.根据权利要求1所述的一种氮磷共掺杂碳包覆MoO3-x的制备方法，其特征在于，步骤1)中磷钼酸溶液的浓度为1～2.5mg/ml。3.根据权利要求1所述的一种氮磷共掺杂碳包覆MoO3-x的制备方法，其特征在于，加入的N-甲基咪唑与磷钼酸的摩尔比为3:1；...

【专利技术属性】
技术研发人员：张利锋，神克超，贺文杰，刘毅，郭守武，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61