介孔二氮化三钼纳米线及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于纳米材料与电化学技术领域，具体涉及一种有序介孔二氮化三钼纳米线的制备方法，该材料可作为高功率长寿命钠离子电池负极活性材料，其长度为4‑6微米，直径为100‑150纳米，所述纳米线内部含有丰富的介孔结构，呈狭缝状，其比表面积可达55m

Mesoporous two nitrided three molybdenum nanowire and preparation method and application thereof

The invention belongs to the field of nanometer material and electrochemical technology field, particularly relates to a method for preparing mesoporous molybdenum nitride two three nanowires, the material can be used as high power long-life anode materials of sodium ion battery, its length is 4 6 micron diameter 100 150 nm, the inside of the nanowires containing abundant mesopores, a slit, the specific surface area of up to 55m

【技术实现步骤摘要】
介孔二氮化三钼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
，具体涉及一种有序介孔二氮化三钼纳米线的制备方法，该材料可作为高功率长寿命钠离子电池负极活性材料。
技术介绍
锂离子电池作为一种绿色能源存储装置，已广泛应用于人们的日常生活，例如便携式电子设备和电动汽车等。值得注意的是，锂在地球上含量有限，大规模的需求使锂的价格呈不断上升趋势。相对于锂来言，钠的来源更为广泛与丰富，成本更低。同时，由于钠具有与锂相似的物理和化学性质，钠离子电池可以像锂离子电池一样工作且稳定安全。为此，开发基于高容量、高功率、低成本钠离子电池储能体系是当前低碳经济时代极具应用前景的方向。众所周知，电池的电化学性能主要取决于电极材料的性能。现广泛研究的磷酸钒钠具有优异的电化学性能，可作为钠离子电池的正极材料。然而，目前应用比较成熟的商业石墨难以作为钠离子电池的负极材料。因此开发一种作为高容量、高功率、长的循环寿命的钠离子电池的负极材料成为目前亟待解决的关键问题。相对于锂离子电池而言，钠离子电池的优势在于其价格低廉，来源广泛，但是钠离子的离子半径是锂离子半径的1.43倍，导致钠离子具有更慢的离子扩散速率，因此一般的钠离子电池的负极材料具有较低的离子与电子扩散速率进而导致其倍率特性较差、功率密度较低，限制了其在便携设备中的进一步发展以及在混合动力汽车中的应用。近年来，纳米材料因具有高的比表面积以及更好的反应活性等一系列优异特性，使其在电化学及能源领域得到了越来越广泛的关注。当将电池电极材料纳米化后，材料与电解液接触面积增大，离子脱嵌距离缩短，有助于实现高倍率充放电性能。同时，纳米结构有利于循环过程中的应力释放，稳定结构，获得更长的循环寿命。过渡金属氮化物因具有高的电子导电性、高的理论比容量和赝电容特性，被认为是潜在的电池负极材料。但是一般的过渡金属氮化物在充放电过程中体积膨胀很大，最终导致结构的破坏，从而导致循环稳定性差。同时，稳定的氮化物结构使得其在电化学反应过程中活性并不是很高，导致其容量不高，远低于其理论比容量。近年来，氮化钼的电化学性质已被逐步研究，但是其作为钠离子电池负极材料还从未报道。因此，设计合成合适的纳米结构并改善氮化钼的电化学活性是获得高性能钠离子电池负极材料的关键。
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介孔二氮化三钼纳米线及其制备方法，其工艺简单，所得的有序介孔二氮化三钼纳米线作为钠离子电池负极材料具有优良的电化学性能。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案是：介孔二氮化三钼纳米线，其长度为4-6微米，直径为100-150纳米，所述纳米线内部含有丰富的介孔结构，呈狭缝状，其比表面积可达55m2/g，孔体积可达0.087cm3/g。所述的介孔二氮化三钼纳米线的制备方法，其特征在于包括有以下步骤：1)称量七钼酸氨并溶解于去离子水中，充分搅拌得到澄清溶液；2)将苯胺溶液加入步骤1)所得澄清溶液中，充分反应10-20分钟；3)将配置好的盐酸溶液调节步骤2)所得溶液的pH值；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)将步骤4)所得白色沉淀洗涤，然后在烘箱中烘干得到白色的纳米线前驱体；6)将步骤5)所得白色的纳米线前驱体在氨气气氛中加热并保温烧结，自然冷却至室温后取出即可得到有序介孔的二氮化三钼纳米线。按上述方案，步骤1)中七钼酸氨的用量为1-2g、去离子水的用量为15-20ml，苯胺溶液的用量是1-2g。按上述方案，步骤3)中盐酸溶液的浓度为1-1.5mol/L，调节溶液的pH值为4～5。按上述方案，步骤4)中水浴条件是50-60℃，时间6～8小时。按上述方案，步骤5)中用酒精将步骤4)所得白色沉淀洗涤5-7遍，然后在60-80℃的烘箱中烘干。按上述方案，步骤6)烧结温度为500～900℃，烧结时间为2～6小时。所述介孔二氮化三钼纳米线作为混合钠离子电容器负极活性材料的应用。本专利技术利用介孔纳米线具有大的比表面积从而有效地增大了电解液和电极材料的接触面积，同时一维的纳米线结构保证了良好的电子输运；微小的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；纳米线上均匀分布的有序介孔可以有效的释放充放电过程中因材料膨胀收缩而造成的内部应力，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，这种有序介孔二氮化三钼纳米线具有高的比容量、良好的倍率性能和长循环寿命，是极具实际应用价值的钠离子电池负极材料。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巧妙的水浴-煅烧的方法合成了有序介孔二氮化三钼纳米线。将本专利技术制备的有序介孔二氮化三钼纳米线作为钠离子电池负极材料时，展示了优异的倍率性能与循环稳定性，是一种潜在的高性能钠离子电池的负极材料。附图说明图1是本专利技术实施例1的有序介孔二氮化三钼纳米线的XRD图；图2是本专利技术实施例1的有序介孔二氮化三钼纳米线的透射电镜图及元素分布图；图3是本专利技术实施例1的有序介孔二氮化三钼纳米线的氮气吸附等温线及孔径分布图；图4是本专利技术实施例1的有序介孔二氮化三钼纳米线的XPS图；图5是本专利技术实施例1的有序介孔二氮化三钼纳米线作为钠离子电池负极时在0.1A/g、1.0A/g电流密度下的电池循环性能曲线图；图6是本专利技术实施例1的有序介孔二氮化三钼纳米线作为钠离子电池负极时的倍率性能图；图7是本专利技术实施例1的有序介孔二氮化三钼纳米线作为钠离子电池负极时的交流阻抗谱图。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：介孔二氮化三钼纳米线制备方法，它包括以下步骤：1)称取1.24g七钼酸氨并溶解于20ml去离子水中，充分搅拌至全部溶解；2)称取1.67g苯胺溶液并逐滴加入步骤1)所得澄清溶液中，充分反应10分钟；3)将配置好的1molL-1盐酸溶液调节步骤2)所得的溶液的pH值至4～5；4)将步骤3)所得混合物在50℃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)所得白色沉淀清洗5遍，然后在60℃的烘箱中烘干一整晚的到白色的纳米线前驱体。6)将步骤5)所得白色的前驱体纳米线在氨气气氛中加热500℃并保温6小时，自然冷却至室温后取出即可得到具有有序介孔的二氮化三钼纳米线。以本实施例产物介孔二氮化三钼纳米线为例，其结构由X射线衍射(XRD)图谱确定。如图1的XRD图谱表明，介孔二氮化三钼纳米线为纯相的二氮化三钼相(JCPDS卡片号为01-089-5025)。如图2的透射电镜图片所示，该介孔纳米线尺寸长度为4-6微米，直径为100-150纳米，介孔呈特殊的狭缝状，且在纳米线上有序分布。如图3所示，从其氮气脱吸附等温线图可以知道其比表面积可达55m2/g，其中孔体积可达到0.087cm3/g，从其孔径分布图中可以得知其主要孔径在5nm左右，平均孔径为7.94nm。如图4所示，XPS结果分析表明该有序介孔的二氮化三钼纳米线存在大量的氧掺杂，其中六价钼的含量达到27.4％。通过在TEM下的元素分布扫描，如图2所示，可以得到Mo、N、O、C元素是均匀分布的。证明了有序介孔的二氮化三钼纳米线是富氧掺杂的，而更高的元素价态会为反应过程提供更高本文档来自技高网...

【技术保护点】
介孔二氮化三钼纳米线，其长度为4‑6微米，直径为100‑150纳米，所述纳米线内部含有丰富的介孔结构，呈狭缝状，其比表面积可达55m

【技术特征摘要】
1.介孔二氮化三钼纳米线，其长度为4-6微米，直径为100-150纳米，所述纳米线内部含有丰富的介孔结构，呈狭缝状，其比表面积可达55m2/g，孔体积可达0.087cm3/g。2.权利要求1所述的介孔二氮化三钼纳米线的制备方法，其特征在于包括有以下步骤：1)称量七钼酸氨并溶解于去离子水中，充分搅拌得到澄清溶液；2)将苯胺溶液加入步骤1)所得澄清溶液中，充分反应10-20分钟；3)将配置好的盐酸溶液调节步骤2)所得溶液的pH值；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)将步骤4)所得白色沉淀洗涤，然后在烘箱中烘干得到白色的纳米线前驱体；6)将步骤5)所得白色的纳米线前驱体在氨气气氛中加热并保温烧结，自然冷却至室温后取出即可得到有序介孔的二氮化三钼纳米线。3.根据权利要求2所述介孔二氮化三钼纳米线的...

【专利技术属性】
技术研发人员：麦立强，姜亚龙，董君，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