一种锡掺杂诱导合成混相二硫化钼-小球藻衍生碳复合材料制备和应用制造技术

本发明专利技术涉及一种具有大容量储钠特性的锡掺杂诱导合成混相（1T‑2H）二硫化钼‑小球藻衍生碳复合材料制备和应用。技术方案如下：首先将小球藻、钼源和锡源按原料质量份配比1：2‑5：0.2‑2的比例加入到去离子水中，搅拌一定时间后离心烘干，得到墨绿色块状固体。而后煅烧硫化制得1T‑2H混相少层二硫化钼‑小球藻衍生碳复合材料。本发明专利技术制备工艺简单，可操作性强，原料来源广泛，成本低廉，可大规模生产，符合环境要求。结果表明，该钠离子电池负极材料具有大容量的储钠特能。该材料中的二硫化钼为少层结构（1‑4层），具有超小纳米粒径（5‑10 nm），并且同时具有1T和2H相的二硫化钼。

Preparation and Application of a Tin-doped Induced Synthesis of Mixed Molybdenum Disulfide-Chlorella Derived Carbon Composite

【技术实现步骤摘要】
一种锡掺杂诱导合成混相二硫化钼-小球藻衍生碳复合材料制备和应用
本专利技术属于钠离子电池材料制备
，尤其涉及一种具有大容量储钠特性的锡掺杂诱导合成混相(1T-2H)二硫化钼-小球藻衍生碳复合材料制备和应用。
技术介绍
由于锂资源有限且价格高昂，锂的大量消耗已经使得锂资源日益匮乏，钠金属在地球上的储备远比锂资源多且价格低廉，因此钠离子电池可作为一种出色的替代品有望替代锂离子电池应用于我们的生活。传统的商业化锂离子电池负极材料石墨在钠离子电池中比容量低，稳定性差，而二硫化钼具有特殊的层状结构，在钠离子电池中具有很高的比容量。然而钠离子具有比锂离子更大的原子半径，导致电极材料在充放电过程中会产生更大的体积膨胀，导致材料粉化，结构坍塌，影响材料的稳定，且二硫化钼本身导电性较差。因此通常通过构筑少层结构二硫化钼或制备碳包覆结构来提升二硫化钼的电化学性能。二硫化钼分为半导体相(2H相)和金属相(1T相)两种，1T相二硫化钼具有更高的导电性有利于电子的传导和钠离子的脱嵌，2H相二硫化钼具有更好的稳定性，因此将1T和2H两相复合有可能具有更好的储钠性能。1T相二硫化钼属于热力学介稳相，合成方法非常有限，现有的关于1T相二硫化钼的报道主要是液相剥离法或水热合成法。现有关于一步煅烧合成1T-2H混相少层二硫化钼的报道十分罕见。关于锡掺杂一步煅烧制备1T-2H混相少层二硫化钼-碳复合物用于钠离子电池的报道未见记载。本专利技术通过生物质小球藻作为前驱体碳源制备1T-2H混相少层二硫化钼-小球藻衍生碳复合材料。其和一般方法相比区别在于：1、小球藻来自于富营养化的水体中的绿藻，来源广泛，且变废为宝，将其作为碳源更符合可持续发展和绿色发展的战略；2、小球藻作为藻类生物质，体内富含各种官能团和蛋白质，可以吸附金属离子并原位提供氮磷元素，改性其衍生碳的导电性；3、小球藻在该方法中用作特殊的纳米反应器，可以有效阻隔二硫化钼纳米晶的长大，进而构筑少层结构二硫化钼；4、锡掺杂诱导2H相二硫化钼部分转换为高导电性的1T相二硫化钼；5、通过生物质吸附和一步煅烧合成材料，方法简单，流程短，具有大规模生产的前景。且结果表明，该钠离子电池负极材料具有优异的储钠性能，具有应用前景。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种具有大容量储钠特性的锡掺杂诱导1T-2H混相二硫化钼-小球藻衍生碳复合材料的制备方法和应用。本专利技术工艺简单，可操作性强，原料来源广泛，成本低廉，可大规模生产，符合环境要求。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：1)原料质量份配比2)制备本专利技术采用简单的一步煅烧法制备出具有大容量储钠特性的锡掺杂诱导1T-2H混相少层二硫化钼-小球藻衍生碳复合材料。其具体步骤如下：根据原料质量份配比，分别称取小球藻、钼源和锡源，加入去离子水中，快速搅拌6-24h；离心后沉淀物进行烘干，得到墨绿色块状固体；将所得墨绿色块状固体称重后加入硫粉进行混合，在Ar95％/H25％气氛管式炉中煅烧，得到黑色固体样品，即为1T-2H混相二硫化钼-小球藻衍生碳复合材料；所述的钼源为系列含钼盐，具体为磷钼酸、钼酸铵、钼酸钠。所述锡源为系列含锡盐，具体为硫酸亚锡、氯化亚锡、硫酸锡。所述的烘干，其温度为60-100℃。所述的墨绿色块状固体与硫粉混合，是按照质量比为1：2-4进行的。所述的煅烧，煅烧温度为500-700℃，煅烧时间为1-3小时。上述制备过程中，1T-2H混相二硫化钼-小球藻衍生碳复合材料中的二硫化钼为少层结构(1-4层)，具有超小纳米粒径(5-10nm)；小球藻衍生碳为无定型碳,具有丰富的N和P杂原子掺杂并且同时具有1T和2H相的二硫化钼；元素锡掺杂在二硫化钼晶格当中。3)应用上述高性能1T-2H混相少层二硫化钼-小球藻衍生碳复合材料的应用是将1T-2H混相少层二硫化钼-小球藻衍生碳复合材料应用于钠离子电池负极中。将本专利技术制备的1T-2H混相少层二硫化钼-小球藻衍生碳复合材料按照8:1:1的质量比与导电剂超级P碳、粘结剂CMC混合研磨后均匀涂覆在铜箔上作为工作电极，金属钠片为对电极和参比电极，1mol/L的NaClO4/PC+EC为电解液组惰性气氛手套箱里装成2025型纽扣型电池。经测定，在电压为0.01-3.0V、大电流密度100A/g时充放电循环50次后，比容量稳定在533mAh/g以上，容量保持率高达96％。本专利技术的显著优点在于：1)本专利技术所用的小球藻来自于富营养化的水体中的绿藻，来源广泛，且变废为宝。小球藻的作用是作为前驱体碳源、吸附剂和纳米反应器，在煅烧过程中转换为碳并限制二硫化钼纳米晶进一步长大，以获得1T-2H混相少层二硫化钼-小球藻衍生碳复合材料。2)本专利技术所用的小球藻巧妙地作为纳米反应器，可以吸附钼源和锡源，使得1T-2H混相少层二硫化钼-小球藻衍生碳复合材料中的二硫化钼为少层结构(1-4层)，并具有超小纳米粒径(5-10nm)。3)本专利技术所用的小球藻衍生碳的作用是作为载体，对所述的少层二硫化钼起到重要的缓冲作用以及增加材料的导电性能。一方面，小球藻衍生碳和无少层二硫化钼的缓冲体系为脱/嵌钠过程中二硫化钼颗粒的体积膨胀与收缩提供了一定的自由空间。另一方面，富N、P掺杂的小球藻衍生碳有利于电解液的渗透扩散，有助于提高电子传导率。锡掺杂诱导生成1T相二硫化钼，提高材料导电性和可逆比容量。4)本专利技术的1T-2H混相少层二硫化钼-小球藻衍生碳复合材料是一种全新的钠离子电池负极，本专利技术实施例1得到的1T-2H混相少层二硫化钼-小球藻衍生碳复合材料应用于钠离子电池负极中，在电压为0.01-3.0V、大电流密度100mA/g时充放电循环50次后，比容量稳定在539mAh/g，容量保持率高达96％。5)1T-2H混相少层二硫化钼-小球藻衍生碳复合材料是一种良好的钠离子电池负极材料，本专利技术首次提供了一种制备1T-2H混相少层二硫化钼-小球藻衍生碳复合材料的方法，该制备工艺简单，设备易得，可操作性强，原料来源广泛，成本低廉，可大量生产，符合环境要求。为了说明方便，在附图中，我们将锡掺杂诱导合成的1T-2H混相少层二硫化钼-小球藻衍生碳复合材料标记成Sn-MoS2(1T-2H)-C。附图说明图1是实施例1所得的1T-2H混相少层二硫化钼-小球藻衍生碳复合材料的XRD图。图2是实施例1所得的1T-2H混相少层二硫化钼-小球藻衍生碳复合材料的TEM/TEM-Mapping图。图3是实施例1所得的1T-2H混相少层二硫化钼-小球藻衍生碳复合材料的Raman图。图4是实施例1所得的1T-2H混相少层二硫化钼-小球藻衍生碳复合材料Mo轨道和S轨道的XPS图。图5是实施例1所得的1T-2H混相少层二硫化钼-小球藻衍生碳复合材料作为钠离子电池负极材料时在100mA/g电流密度下的充放电曲线图。图6是实施例1所得的1T-2H混相少层二硫化钼-小球藻衍生碳复合材料作为钠离子电池负极材料时在0.05–15A/g电流密度下的充放电曲线图。具体实施方式实施例11)分别称取2g小球藻、5g磷钼酸和1.5g硫酸亚锡加入到0.4L蒸馏水中，搅拌12h后，离心一次并置于60℃的烘箱中烘干；2)将步骤1)所得墨绿色块状固体和其质量2倍的硫粉混合后，在Ar95％\H25％气氛管式炉中600℃煅本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锡掺杂诱导合成混相二硫化钼‑小球藻衍生碳复合材料制备，包括如下步骤：1)原料质量份配比

【技术特征摘要】
1.一种锡掺杂诱导合成混相二硫化钼-小球藻衍生碳复合材料制备，包括如下步骤：1)原料质量份配比2)制备本发明采用简单的一步煅烧法制备出具有大容量储钠特性的锡掺杂诱导1T-2H混相少层二硫化钼-小球藻衍生碳复合材料。其具体步骤如下：根据原料质量份配比，分别称取小球藻、钼源和锡源，加入去离子水中，快速搅拌6-24h；离心后沉淀物进行烘干，得到墨绿色块状固体；将所得墨绿色块状固体称重后加入硫粉进行混合，在Ar95％/H25％气氛管式炉中煅烧，得到黑色固体样品，即为1T-2H混相二硫化钼-小球藻衍生碳复合材料。2.根据权利要求1所述的一种锡掺杂诱导合成混相二硫化钼-小球藻衍生碳复合材料制备，其特征在于所述的钼源为系列含钼盐，具体为磷钼酸、钼酸铵、钼酸钠。3.根据权利要求1所述的一种锡掺杂诱导合成混...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾令兴，罗奋强，程涵，陈婷，陈晓燕，钱庆荣，陈庆华，黄宝铨，肖荔人，
申请(专利权)人：福建师范大学，
类型：发明
国别省市：福建,35