MoP@C纳米线及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种由碳包覆的MoP纳米颗粒搭接而成的MoP@C纳米线的制备方法，其由碳包覆的MoP纳米颗粒搭接而成，所述的纳米线长度为2‑4微米，直径100‑200纳米，具有丰富的孔结构，其主要孔径在15‑20纳米，BET比表面积可达26m2/g，并且其碳包覆的碳层厚度为2‑5纳米。本发明专利技术的有益效果是：基于纳米结构优化机制，本发明专利技术通过简单快捷的方法合成了由碳包覆的MoP纳米颗粒搭接而成的MoP@C纳米线。将本发明专利技术制备的由碳包覆的MoP纳米颗粒搭接而成的MoP@C纳米线作为钠离子电容器负极材料时，展示了优异的倍率与循环稳定性。并与Na3V2O2(PO4)2F组装成的全电容表现出优异的电化学性能。

【技术实现步骤摘要】
MoP@C纳米线及其制备方法和应用
本专利技术属于纳米材料与电化学
，具体涉及一种由碳包覆的MoP纳米颗粒搭接而成的MoP@C纳米线的制备方法，该材料可作为高倍率长寿命钠离子电容器负极活性材料。
技术介绍
在我们的日常生活中，锂离子电池广泛应用在便携式电子设备、电动汽车等领域，与其他类型的能源存储装置相比，锂离子电池有较高的能量密度、没有记忆效应和较长的循环特性等优点，但是，由于地球上锂资源的短缺与日益上涨的价格，因此开发高功率、低成本的钠离子存储体系是目前极具前景的研究方向。。钠离子与锂离子同属于第一主族，具有相似的物理化学性质，但是，由于钠离子的离子半径是锂离子的1.43倍，导致钠离子在进行可逆脱嵌的时候更容易破坏材料的结构和更慢的离子扩散速率。因此较慢的离子扩散速率和较大的体积膨胀导致存储钠离子的负极材料具有比较差的倍率性能和循环稳定性，限制了其在大规模能源存储装置的应用。近年来，纳米材料因为其能提供很大的比表面积、纳米材料的小尺寸效应、表面效应以及宏观量子隧道效应等一系列优异特性而在电化学领域得到了广泛的关注。全球纳米材料的年产值已经达到500亿美元，意味着纳米材料在人们的日常生活中扮演着越来越重要的角色。电极材料纳米化可以增大电极材料与电解质的接触面积，缩短离子的扩散距离，进而展现优异的倍率性能。同时，纳米结构有助于应力释放，保持结构的稳定性，进一步得到更优异的循环寿命。过渡金属磷化物因其具有高的理论比容量和低的嵌入电位，被当作是负极材料的首选之一。但是由于在反应过程中的体积膨胀和极化问题，使得过渡金属磷化物的循环稳定性有一定缺陷，另外，过渡金属磷化物的导电性也是制约其发展的一大问题，因此引入具有良好导电性的碳材料是一种非常有效的策略。综上所述，设计合成具有高导电性的磷化钼纳米结构是获得高性能钠离子电容器负极材料的关键。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对上述现有技术而提出一种由碳包覆的MoP纳米颗粒搭接而成的MoP@C纳米线及其制备方法，其工艺简单，所得的由碳包覆的MoP纳米颗粒搭接而成的MoP@C纳米线作为钠离子电容器负极材料，并与Na3V2O2(PO4)2F组装成的全电容具有优异的电化学性能。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案是：MoP@C纳米线，其由碳包覆的MoP纳米颗粒搭接而成，所述的纳米线长度为2-4微米，直径100-200纳米，具有丰富的孔结构，其主要孔径在15-20纳米，BET比表面积可达26m2/g，并且其碳包覆的碳层厚度为2-5纳米。所述的MoP@C纳米线的制备方法，包括有以下步骤：1)将钼酸氨溶解于去离子水中，充分搅拌至全部溶解；2)将苯胺溶液加入步骤1)所得溶液中，持续搅拌至溶液混合均匀；3)将配置好的盐酸溶液加入步骤2)所得的溶液，使得溶液呈酸性；4)将步骤3)所得混合物在水浴条件下反应得到白色沉淀；5)用酒精将步骤4)所得白色沉淀洗涤，然后烘干得到纳米线前驱体；6)将步骤5)所得纳米线前驱体与次磷酸二氢钠以一定的比例在惰性气氛中煅烧，自然冷却至室温后取出即可得到由碳包覆的MoP纳米颗粒搭接而成的MoP@C纳米线。按上述方案，所述的苯胺溶液的用量为16-19mmol，所述的钼酸氨用量为3-6mmol，所述的去离子水用量为15-25ml。按上述方案，步骤3)中盐酸溶液的浓度为0.8-1.2摩尔每升，盐酸溶液的体积为10-15ml。按上述方案，步骤4)中水浴条件是50-70℃，时间8-10小时。按上述方案，步骤6)中纳米线前驱体与次磷酸二氢钠的摩尔比为0.2-0.3，烧结温度为700-800℃，烧结时间为3-13小时。所述的MoP@C纳米线作为钠离子电容器负极材料的应用。本专利技术利用由碳包覆的MoP纳米颗粒搭接而成的MoP@C纳米线具有一定的孔结构和较大的比表面积从而有效地增大了电解液和电极材料之间的接触面积，同时赝电容的反应特性使得钠离子在充放电过程中更快的嵌入脱出；纳米线结构大大缩短了钠离子的扩散距离，实现了良好的倍率性能；由颗粒组成的纳米线的孔结构能够有效的释放钠离子在脱嵌过程中的应力，有效地阻止了电极材料在循环过程中的结构坍塌，提高了材料的循环稳定性。实验证明，这种由碳包覆的MoP纳米颗粒搭接而成的MoP@C纳米线具有良好的倍率性能和长循环寿命，是极具有实际应用价值的钠离子电容器负极材料。本专利技术的有益效果是：基于纳米结构优化机制，本专利技术通过简单快捷的方法合成了由碳包覆的MoP纳米颗粒搭接而成的MoP@C纳米线。将本专利技术制备的由碳包覆的MoP纳米颗粒搭接而成的MoP@C纳米线作为钠离子电容器负极材料时，展示了优异的倍率与循环稳定性。并与Na3V2O2(PO4)2F组装成的全电容表现出优异的电化学性能，在新型储能装置以及混合动力装置中有很好的应用和发展。附图说明图1是本专利技术实施例1的由碳包覆的MoP纳米颗粒搭接而成的MoP@C纳米线的XRD图；图2是本专利技术实施例1的由碳包覆的MoP纳米颗粒搭接而成的MoP@C纳米线的扫描电镜图；图3是本专利技术实施例1的由碳包覆的MoP纳米颗粒搭接而成的MoP@C纳米线的透射电镜图及元素分布图；图4是本专利技术实施例1的由碳包覆的MoP纳米颗粒搭接而成的MoP@C纳米线的氮气吸附等温线及孔径分布图；图5是本专利技术实施例1的由碳包覆的MoP纳米颗粒搭接而成的MoP@C纳米线的XPS图；图6是本专利技术实施例1的由碳包覆的MoP纳米颗粒搭接而成的MoP@C纳米线作为钠离子电容器负极时在1.0A/g电流密度下的循环性能曲线图；图7是本专利技术实施例1的由碳包覆的MoP纳米颗粒搭接而成的MoP@C纳米线作为钠离子电容器负极时的倍率性能图；图8是本专利技术实施例1的由碳包覆的MoP纳米颗粒搭接而成的MoP@C纳米线作为钠离子电容器负极与正极材料Na3V2O2(PO4)2F组装成全电容的循环性能曲线图。具体实施方式为了更好地理解本专利技术，下面结合实施例进一步阐明本专利技术的内容，但本专利技术的内容不仅仅局限于下面的实施例。实施例1：由碳包覆的MoP纳米颗粒搭接而成的MoP@C纳米线制备方法，它包括以下步骤：1)将4.6mmol钼酸氨溶解于20ml去离子水中，充分搅拌至全部溶解；2)将17.9mmol苯胺溶液加入步骤1)所得澄清溶液中，持续搅拌至溶液混合均匀；3)将配置好的12ml1摩尔每升盐酸溶液加入步骤2)所得的溶液，使得溶液呈酸性；4)将步骤3)所得混合物在60℃水浴条件下反应8小时得到白色的沉淀；5)用酒精将步骤4)所得白色沉淀洗涤，然后烘干得到纳米线前驱体；6)将步骤5)所得纳米线前驱体与次磷酸二氢钠以0.25的摩尔比例在氮气气氛中煅烧，煅烧温度为700℃，保温时间为3小时，自然冷却至室温后取出即可得到由碳包覆的MoP纳米颗粒搭接而成的MoP@C纳米线。以本实例产物MoP@C纳米线为例，其结构由X射线衍射(XRD)图谱确定。如图1的XRD图谱表明，MoP@C纳米线为纯相的磷化钼相(JCPDS卡片号为01-089-5110)。如图2的扫描电镜图片所示，该纳米线长度为2-4微米，直径为100-200纳米。如图4所示，从其氮气脱吸附等温线图可以知道其BET比表面积为26m2/g，从其孔径分布图中可以得知其主要孔径在15-20纳米。如图5所示，XPS结本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.MoP@C纳米线，其由碳包覆的MoP纳米颗粒搭接而成，所述的纳米线长度为2‑4微米，直径100‑200纳米，具有丰富的孔结构，其主要孔径在15‑20纳米，BET比表面积可达26m2/g，并且其碳包覆的碳层厚度为2‑5纳米。

【技术特征摘要】
1.MoP@C纳米线，其由碳包覆的MoP纳米颗粒搭接而成，所述的纳米线长度为2-4微米，直径100-200纳米，具有丰富的孔结构，其主要孔径在15-20纳米，BET比表面积可达26m2/g，并且其碳包覆的碳层厚度为2-5纳米。2.权利要求1所述的MoP@C纳米线的制备方法，包括有以下步骤：1)将钼酸氨溶解于去离子水中，充分搅拌至全部溶解；2)将苯胺溶液加入步骤1)所得溶液中，持续搅拌至溶液混合均匀；3)将配置好的盐酸溶液加入步骤2)所得的溶液，使得溶液呈酸性；4)将步骤3)所得混合物在水浴条件下反应得到白色沉淀；5)用酒精将步骤4)所得白色沉淀洗涤，然后烘干得到纳米线前驱体；6)将步骤5)所得纳米线前驱体与次磷酸二氢钠以一定的比例在惰性气氛中煅烧，自然冷却至室温后取出即可得到由碳包覆的MoP纳...

【专利技术属性】
技术研发人员：麦立强，沈远浩，姜亚龙，魏湫龙，安琴友，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42