石墨烯掺杂WS2制备方法及在锂/钠离子电池中的应用技术

一种平面纳米蜂窝状的石墨烯掺杂WS2的制备方法以及在锂或钠离子电池负极中的应用，属于功能材料技术领域。本发明专利技术通过对反应物、十六烷基三甲基溴化铵添加量等参数的优化，获得了由纳米孔组成的规则微球状WS2；在此基础上，通过石墨烯掺杂WS2，将球状形貌的WS2改善为平面纳米蜂窝状形貌，得到的石墨烯掺杂WS2具有比表面积大、导电性强、力学性能优良和结构稳定等特点，应用于锂离子或钠离子电池中大大提高了电池的性能，是一种优异的负极材料。

【技术实现步骤摘要】
石墨烯掺杂WS2制备方法及在锂/钠离子电池中的应用
本专利技术属于功能材料
，具体涉及一种石墨烯掺杂WS2的制备方法以及在锂或钠离子电池负极中的应用。
技术介绍
WS2是一种典型的过渡金属二硫化物，层内为S-W-S共价键结合力，层间为范德华力，晶面间距大，有利于金属离子在基体中扩散，是锂离子电池和钠离子电池的理想负极材料。研究表明，理论上1molWS2可容纳4mol电子，储锂容量可达433mAhg-1，高于石墨的372mAhg-1。但是，纯WS2作为电极材料存在易团聚、导电性差和体积膨胀等缺陷。因此，将导电性好和机械强度高的碳材料掺杂WS2作为电池负极材料具有重要意义。石墨烯是一种二维纳米碳材料，具有许多优异性质：如其强度高达130GPa，为钢的100倍以上，是已测试材料中最高的；其载流子迁移率达1.5×104cm2·V-1·S-1，是目前最高迁移率的锑化铟的2倍，超过商用硅片迁移率的10倍。制备石墨烯与WS2的复合材料并以此作为电极材料成为最近一个研究热点，但是这些研究所获得的电池性能并没有达到预想结果，主要原因应归结为采用常规水热法难以获得纳米结构。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对
技术介绍
存在的缺陷，提出一种平面纳米蜂窝状的石墨烯掺杂WS2的制备方法以及在锂或钠离子电池负极中的应用。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种纳米孔微球状WS2，其特征在于，所述纳米孔微球状WS2为带纳米孔的微球结构，纳米孔的孔径为25～200nm，微球的直径为1～4μm。一种纳米孔微球状WS2的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、将十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)加入去离子水中，在冰浴中超声混合，得到质量浓度为0.2～6mg/mL的十六烷基三甲基溴化铵溶液；步骤2、在步骤1得到的CTAB溶液中加入硫源和钨源，得到混合液A，然后将混合液A的pH调节至5～9，并在冰浴中超声混合均匀，得到混合液B；所述混合液A中硫源的浓度为0.5～1.5mol/L，钨源的浓度为0.08～0.15mol/L；步骤3、将步骤2得到的混合液B转移至水热反应釜中，在150～250℃下进行水热反应，反应时间为14～28h，反应结束后，自然冷却至室温，取出，分离，得到的产物洗涤、干燥；步骤4、将步骤3洗涤、干燥后得到的粉体置于退火炉内进行梯度退火：首先在500～550℃下退火1～2h，再在550～600℃下退火1～2h，最后在600～650℃下退火1～2h，得到所述纳米孔微球状WS2。进一步地，步骤1所述CTAB的浓度为3～6mg/mL；所述在冰浴中超声的时间为5～90min，优选为15～45min；冰浴在冰袋中进行，冰块消失至30％时更换冰袋。优选地，步骤2所述混合液A中硫源的浓度为1.25mol/L，钨源的浓度为0.126mol/L；混合液A的pH调节至7。进一步地，步骤2中调节混合液A的pH采用盐酸或氨水；所述在冰浴中超声的时间为10～90min，优选为30～60min。进一步地，步骤2中所述硫源为硫化钠、硫脲、硫代乙酰胺、半胱氨酸中的一种，钨源为钨酸铵、钨酸钠、六氯化钨中的一种。优选地，步骤3所述水热反应的温度为180～220℃，水热反应时间为18～24h。进一步地，步骤3所述洗涤为依次采用去离子水清洗6～18次、采用热乙醇清洗6～18次；所述干燥温度为60～120℃，优选为80～100℃。进一步地，步骤4所述梯度退火的保护气体为惰性气体，具体为氩气或氮气。一种石墨烯掺杂WS2，其特征在于，所述石墨烯掺杂WS2为平面纳米蜂窝状结构，WS2生长于石墨烯表面形成带纳米孔的蜂窝状结构，纳米孔的孔径为25～200nm。一种石墨烯掺杂WS2的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、将氧化石墨烯和CTAB加入去离子水中，在冰浴中超声混合，得到氧化石墨烯混合溶液；其中，所述氧化石墨烯的浓度为0.1～10mg/mL，CTAB的浓度为0.2～6mg/mL；步骤2、在步骤1得到的氧化石墨烯混合溶液中加入硫源和钨源，得到混合液C，然后将混合液C的pH调节至5～9，并在冰浴中超声混合均匀，得到混合液D；所述混合液C中硫源的浓度为0.5～1.5mol/L，钨源的浓度为0.08～0.15mol/L；步骤3、将步骤2得到的混合液D转移至水热反应釜中，在150～250℃下进行水热反应，反应时间为14～28h，反应结束后，自然冷却至室温，取出，分离，得到的产物洗涤、干燥；步骤4、将步骤3洗涤、干燥后得到的粉体置于退火炉内进行梯度退火：首先在500～550℃下退火1～2h，再在550～600℃下退火1～2h，最后在600～650℃下退火1～2h，得到所述石墨烯掺杂WS2。进一步地，步骤1所述氧化石墨烯的浓度为0.5～4mg/mL，CTAB的浓度为3～6mg/mL；所述在冰浴中超声的时间为5～90min，优选为15～45min；冰浴在冰袋中进行，冰块消失至30％时更换冰袋。优选地，步骤2所述混合液C中硫源的浓度为1.25mol/L，钨源的浓度为0.126mol/L；混合液A的pH调节至7。进一步地，步骤2中调节混合液C的pH采用盐酸或氨水；所述在冰浴中超声的时间为10～90min，优选为30～60min。进一步地，步骤2中所述硫源为硫化钠、硫脲、硫代乙酰胺、半胱氨酸中的一种，钨源为钨酸铵、钨酸钠、六氯化钨中的一种。优选地，步骤3所述水热反应的温度为180～220℃，水热反应时间为18～24h。进一步地，步骤3所述洗涤为依次采用去离子水清洗6～18次、采用热乙醇清洗6～18次；所述干燥温度为60～120℃，优选为80～100℃。进一步地，步骤4所述梯度退火的保护气体为惰性气体，具体为氩气或氮气。本专利技术还提供了上述石墨烯掺杂WS2在锂离子或者钠离子负极材料中的应用。本专利技术的有益效果为：本专利技术通过对反应物、CTAB添加量等参数的优化，获得了由纳米孔组成的规则微球状WS2；在此基础上，通过石墨烯掺杂WS2，将球状形貌的WS2改善为平面纳米蜂窝状形貌，应用于锂离子或钠离子电池中大大提高了电池的性能。本专利技术得到的平面纳米蜂窝状的石墨烯掺杂WS2，具有如下优势：纳米化WS2具有较大比表面积；石墨烯作为纳米化WS2的生长基底，显著提高了WS2的导电性，增强了电极材料的机械强度，抑制了纳米WS2团聚和离子在嵌入和脱嵌造成的体积膨胀。这些使得石墨烯掺杂WS2具有比表面积大、导电性强、力学性能优良和结构稳定等特点，应用于锂离子或钠离子电池中大大提高了电池的性能，是一种优异的负极材料。附图说明图1为本专利技术实施例1得到的石墨烯掺杂WS2的XRD衍射图谱；图2为本专利技术实施例1得到的石墨烯掺杂WS2的SEM图；图3为本专利技术实施例1得到的石墨烯掺杂WS2作为负极材料得到的锂离子和钠离子电池的电池容量(a)和倍率性能(b)；图4为本专利技术实施例2得到的纳米孔微球状WS2的XRD衍射图谱；图5为本专利技术实施例2得到的纳米孔微球状WS2的SEM图；图6为本专利技术实施例2得到的纳米孔微球状WS2作为负极材料得到的锂离子和钠离子电池的电池容量(a)和倍率性能(b)。具体实施方式下面结合附图和实施例，详述本专利技术的技术方案。实施例1一种石墨烯掺杂WS2的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纳米孔微球状WS2，其特征在于，所述纳米孔微球状WS2为带纳米孔的微球结构，纳米孔的孔径为25～200nm，微球的直径为1～4μm。

【技术特征摘要】
1.一种纳米孔微球状WS2，其特征在于，所述纳米孔微球状WS2为带纳米孔的微球结构，纳米孔的孔径为25～200nm，微球的直径为1～4μm。2.一种纳米孔微球状WS2的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、将十六烷基三甲基溴化铵加入去离子水中，在冰浴中超声混合，得到质量浓度为0.2～6mg/mL的十六烷基三甲基溴化铵溶液；步骤2、在步骤1得到的十六烷基三甲基溴化铵溶液中加入硫源和钨源，得到混合液A，然后将混合液A的pH调节至5～9，并在冰浴中超声混合均匀，得到混合液B；所述混合液A中硫源的浓度为0.5～1.5mol/L，钨源的浓度为0.08～0.15mol/L；步骤3、将步骤2得到的混合液B转移至水热反应釜中，在150～250℃下进行水热反应，反应时间为14～28h，反应结束后，自然冷却至室温，取出，分离，得到的产物洗涤、干燥；步骤4、将步骤3洗涤、干燥后得到的粉体置于退火炉内进行梯度退火：首先在500～550℃下退火1～2h，再在550～600℃下退火1～2h，最后在600～650℃下退火1～2h，得到所述纳米孔微球状WS2。3.根据权利要求2所述的纳米孔微球状WS2的制备方法，其特征在于，步骤2中所述硫源为硫化钠、硫脲、硫代乙酰胺、半胱氨酸中的一种，钨源为钨酸铵、钨酸钠、六氯化钨中的一种。4.一种石墨烯掺杂WS2，其特征在于，所述石墨烯掺杂WS2为平面纳米蜂窝状结构，W...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖家轩，吴孟强，徐自强，宋尧琛，巩峰，冯婷婷，王思哲，陈诚，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51