一种菌种炭为碳源的MoS2@C复合电极材料的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种菌种炭为碳源的MoS2@C复合电极材料的制备方法，本发明专利技术以MoS2作为前驱体、玉米菌种炭为碳源，通过简单温和的水热法，使纳米片状MoS2原位生长在生物质碳基表面，活化后的碳材料具有大的比表面积和丰富的孔径结构，MoS2纳米片阵列均匀的生长在碳基表面，协同效应使得复合物显示出较高的导电性和较稳定的结构，电化学性能得到显著提升。

Preparation of MoS2@C Composite Electrode Material with Bacterial Carbon as Carbon Source

The invention provides a preparation method of MoS2@C composite electrode material with bacterial carbon as carbon source. MoS2 is used as precursor and maize bacterial carbon as carbon source. Through simple and mild hydrothermal method, Nanoflake MoS2 is in situ grown on the surface of biomass carbon. Activated carbon material has large specific surface area and abundant pore size structure. MoS2 Nanoflake arrays grow uniformly on the surface of biomass carbon. On the carbon-based surface, the synergistic effect makes the composite exhibit higher conductivity and more stable structure, and the electrochemical performance has been significantly improved.

【技术实现步骤摘要】
一种菌种炭为碳源的MoS2@C复合电极材料的制备方法
本专利技术涉及生物质炭材料制备
，具体的说是一种菌种炭为碳源的MoS2@C复合电极材料的制备方法。
技术介绍
在减排和经济发展的双重压力下，人们愈来愈倾向于自然可持续、丰富、低成本的能源储存材料，随着可持续发展和环境友好性意识日益增强，生物质产生的碳材料在能源储存装置的应用中受到了人们的广泛关注；生物质炭是指把各种富含炭生物质有机体材料通过加工得到的炭产物，生物质炭不仅有一般碳材料的物化性质，如良好的导电性、化学惰性和耐热性等，而且它还富含羟基和羧基等含氧官能团，更适合用作电极材料；过渡金属硫化物近些年受到很多的关注，其中具有代表性的是二维层状硫化钼(MoS2)，这类层状过渡金属硫化物作电池负极能够为锂离子提供良好的扩散通道，缓解锂离子在嵌入-脱出过程当中发生体积膨胀，并且能够提高电池的倍率性和循环稳定性，是很有前景的负极材料之一，但是，传统的MoS2纳米材料在充放电过程当中会出现较大的体积变化，这使其在能量储存方面的应用与发展受到了限制，将二维结构的过渡金属硫化物纳米材料与碳材料进行复合在电化学性能上有明显的改善。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供一种菌种炭为碳源的MoS2@C复合电极材料的制备方法，以玉米菌种炭为碳源制备的MoS2@C复合材料，作为锂离子电池负极材料的应用，结果表明，其具有良好的循环稳定性能。本专利技术通过以下技术方案来实现：一种菌种炭为碳源的MoS2@C复合电极材料的制备方法，包括以下步骤：步骤一、菌种衍生炭的制备，具体步骤如下：a、将玉米粒除杂后放置在潮湿条件下使其发霉生长，得到发霉的玉米菌种，备用；b、将新鲜的树叶洗净后，放入容器中加入热蒸馏水，使树叶软化后，将其捣碎研磨直至得到糊状树叶，待其冷却至室温后，将糊状树叶均匀涂覆至步骤a制得的发霉的玉米菌种的表面，将其置于培养基中培养1～3h；c、取步骤b中培养的菌种连同培养基放置于管式炉中，通入氮气作保护气体，进行碳化预处理，得到产物A；d、将步骤c得到的产物A与KOH混合研磨，研磨均匀后放入管式炉中活化，得到产物B；e、将产物B依次用稀HCl和蒸馏水洗涤，校正pH至7.2～7.4后，放入烘箱中干燥，得到菌种衍生炭；步骤二、MoS2@C复合电极材料的制备，具体步骤如下：S1：将步骤一得到的菌种衍生炭加入到30ml～60ml去离子水中，再加入钼酸钠、硫脲，混合搅拌均匀后，得到混合溶液；S2：将混合溶液进行水热反应，真空干燥8h～12h后，得到MoS2@C复合电极材料。进一步的，所述菌种衍生炭为修饰后的菌种衍生炭，具体制备步骤为：将步骤e得到的菌种衍生炭浸入浓度为1mol·L-1的海藻酸钠水溶液中，充分混合后，静置，将菌种衍生炭进行清洗干燥，干燥后将其破碎研磨，得到修饰后的菌种衍生炭。进一步的，步骤b中所述培养基的成分以g·L-1计，包括葡萄糖30～40，蛋白胨5～15，琼脂15～25。进一步的，步骤c中碳化预处理的温度为200℃～300℃，时间为1～2h，程序升温速率为3℃·min-1～5℃·min-1。进一步的，步骤d中产物A与KOH的比例为1:1～1:3，在管式炉中活化的温度为700℃～900℃，活化时间为2h～3h。进一步的，步骤e中稀HCl的浓度为1mol·L-1。进一步的，步骤e中烘箱干燥温度为60℃～80℃，时间为8h～12h。进一步的，S1中菌种衍生炭、Na2MoO4·2H2O、H2NCSNH2的质量比为25～50：10～20：18～36。进一步的，S2中水热反应的温度为160℃～220℃，时间为18h～36h。本专利技术的有益效果在于：(1)本专利技术选择玉米菌种为碳源，原料廉价，来源广泛，环保节能，且菌种炭可以快速生长，可以大量获得，且制备工艺简单；(2)本专利技术MoS2纳米片阵列均匀的生长在碳基表面，并形成核壳结构，比表面积较大，为478.27m2·g-1；(3)本专利技术制得的MoS2@C复合材料具有较高的比容量(714.4mAhg-1)，且在多次循环后相比于单一材料有良好的保留性，显示出良好且循环稳定的电化学性能。附图说明图1是实施例1制备的MoS2@C的XRD衍射图谱。图2是实施例1制备的MoS2@C的扫描电镜图。图3是实施例1制备的MoS2@C的交流阻抗图。图4是实施例1制备的MoS2@C电极材料分别在第1、2和60个循环的充放电曲线图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步说明：实施例1：将玉米粒除杂后放置在潮湿条件下使其发霉生长，得到发霉的玉米菌种，备用，取1kg新鲜的树叶洗净后，放入容器中加入热蒸馏水，使树叶软化后，将其捣碎研磨直至得到糊状树叶，待其冷却至室温后，将糊状树叶均匀涂覆至发霉的玉米菌种的表面，将其置于培养基中培养1h，所述培养基的成分以g·L-1计，包括葡萄糖30，蛋白胨5，琼脂15，培养1h后将培养的菌种连同培养基放置于管式炉中，通入氮气作保护气体，在300℃进行碳化预处理，得到产物A，将产物A与KOH以1:3的比例混合研磨，研磨均匀后放入管式炉中在750℃下活化2h(充N2保护，程序升温4℃·min-1)，得到产物B，将产物B依次用浓度为1mol·L-1的稀HCl和蒸馏水洗涤，校正pH至7.2～7.4后，放入烘箱中在60℃下干燥12h，得到菌种衍生炭，将菌种衍生炭进行修饰，具体制备步骤为：取1g菌种衍生炭浸入20ml浓度为1mol·L-1的海藻酸钠水溶液中，充分混合后，静置，将菌种衍生炭进行清洗干燥，干燥后将其破碎研磨，得到修饰后的菌种衍生炭；称取0.5g制得的修饰后的菌种衍生炭、0.2gNa2MoO4·2H2O和0.36gH2NCSNH2搅拌溶解于60ml去离子水中，在210℃条件下水热反应24h，60℃真空干燥12h，得到二硫化钼和菌种碳的复合材料MoS2@C。根据图1XRD衍射图谱中可以看出，MoS2@C复合材料的衍射峰较为尖锐，晶型较好。在2θ＝13.8°、32.8°、39.5°和58.3°处有衍射峰出现，分别对应于MoS2的(002)、(100)、(103)和(110)晶面(JCPDS卡片No.37-1492)。在20°～30°以及40°～45°之间出现一定程度的宽形包峰，对应石墨碳在的(002)和(100)晶面。从图1中可以看出(002)晶面衍射峰较明显，而在(100)晶面的衍射峰很弱，表明活化剂对生物碳活化作用主要发生在活性较高的碳表面。根据图2扫描电镜图中可以看出，在C表面阵列着纳米花球状MoS2。根据图3交流阻抗图中可以看出，图谱由高频区的一个半圆和低频区的斜线组成，高频区半圆的直径表示电荷转移阻抗(Rct)，低频区的倾斜线为Li+向电极材料内部的扩散电阻，测试结果得到MoS2@C复合材料的Rct为73.8Ω。根据图4MoS2@C电极材料在第1、2和60个循环的充放电曲线图中可以看出，MoS2@C的首次放电比容量为714.4mAhg-1，充电比容量为474.6mAhg-1，第60个循环MoS2@C的放电比容量为258.5mAhg-1，充电比容量为255.2mAhg-1，表明复合后的MoS2@C电极材料在多次循环显示出良好且较稳定的电化学性能。实施例2：将玉米粒除杂后放置在潮湿条件下使其发霉生长，得到发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种菌种炭为碳源的MoS2@C复合电极材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一、菌种衍生炭的制备，具体步骤如下：a、将玉米粒除杂后放置在潮湿条件下使其发霉生长，得到发霉的玉米菌种，备用；b、将新鲜的树叶洗净后，放入容器中加入热蒸馏水，使树叶软化后，将其捣碎研磨直至得到糊状树叶，待其冷却至室温后，将糊状树叶均匀涂覆至步骤a制得的发霉的玉米菌种的表面，将其置于培养基中培养1~3 h；c、取步骤b中培养的菌种连同培养基放置于管式炉中，通入氮气作保护气体，进行碳化预处理，得到产物A；d、将步骤c得到的产物A与KOH混合研磨，研磨均匀后放入管式炉中活化，得到产物B；e、将产物B依次用稀HCl和蒸馏水洗涤，校正pH至7.2~7.4后，放入烘箱中干燥，得到菌种衍生炭；步骤二、MoS2@C复合电极材料的制备，具体步骤如下：S1：将步骤一得到的菌种衍生炭加入到30 ml~60 ml去离子水中，再加入钼酸钠、硫脲，混合搅拌均匀后，得到混合溶液；S2：将混合溶液进行水热反应，真空干燥8 h~12 h后，得到MoS2@C复合电极材料。

【技术特征摘要】
1.一种菌种炭为碳源的MoS2@C复合电极材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一、菌种衍生炭的制备，具体步骤如下：a、将玉米粒除杂后放置在潮湿条件下使其发霉生长，得到发霉的玉米菌种，备用；b、将新鲜的树叶洗净后，放入容器中加入热蒸馏水，使树叶软化后，将其捣碎研磨直至得到糊状树叶，待其冷却至室温后，将糊状树叶均匀涂覆至步骤a制得的发霉的玉米菌种的表面，将其置于培养基中培养1~3h；c、取步骤b中培养的菌种连同培养基放置于管式炉中，通入氮气作保护气体，进行碳化预处理，得到产物A；d、将步骤c得到的产物A与KOH混合研磨，研磨均匀后放入管式炉中活化，得到产物B；e、将产物B依次用稀HCl和蒸馏水洗涤，校正pH至7.2~7.4后，放入烘箱中干燥，得到菌种衍生炭；步骤二、MoS2@C复合电极材料的制备，具体步骤如下：S1：将步骤一得到的菌种衍生炭加入到30ml~60ml去离子水中，再加入钼酸钠、硫脲，混合搅拌均匀后，得到混合溶液；S2：将混合溶液进行水热反应，真空干燥8h~12h后，得到MoS2@C复合电极材料。2.根据权利要求1所述的一种菌种炭为碳源的MoS2@C复合电极材料的制备方法，其特征在于：所述菌种衍生炭为修饰后的菌种衍生炭，具体制备步骤为：将步骤e得到的菌种衍生炭浸入浓度为1mol·L-1的海藻酸钠水溶液中，充分混合后，静置，将菌种衍生炭进行清洗干燥，干燥后将其破碎研磨，得到修饰后的菌种衍...

【专利技术属性】
技术研发人员：许元栋，李丹青，张霞，张莉，张玉军，
申请(专利权)人：河南工业大学，
类型：发明
国别省市：河南,41