原位碳复合的α型Mo制造技术

本发明专利技术涉及原位碳复合的α型Mo

【技术实现步骤摘要】
原位碳复合的α型Mo2C纳米线及其制备方法和应用
本专利技术属于纳米材料和电化学能源转化
，具体是涉及原位碳复合的α型Mo2C纳米线及其制备方法，其可以应用于钠离子电池负极材料。
技术介绍
随着我国社会和经济的高速发展，我们能源的需求要求我们不得不进一步开发绿色能源，锂离子电池作为一种良好的储能器件，被广泛应用于手机、笔记被电脑等电子数码产品，尤其是新能源汽车的发展使我们找到了可以减小环境污染的有效途径；但是由于锂元素在地球上的储量较低，不足以满足未来对新能源汽车的需求，更不能满足未来制备成本低、性能优异的大规模储能器件；然而钠元素在地球上的储量丰富、成本低，因此钠离子电池成为研究的一大热点。目前钠离子电池的负极材料主要可以根据反应机制分为三类：嵌入型负极材料、合金化材料以及转换反应材料；但是，这些材料往往存在循环稳定性不好、倍率性能差以及体积膨胀较大等问题，因此开发一种廉价、容量高、循环性能好、倍率性能好的钠离子电池负极材料显得尤为重要。近些年来过渡金属碳化物由于其具有良好的硬度、化学稳定性、导电性好，已经被广泛应用于催化以及电化学储能等方面。其中，碳化钼这种材料由于其导电性良好并且硬度大等优点，具有良好的储锂、储钠性能，但是对于原位碳复合的α型Mo2C纳米线的作为储钠研究较少。
技术实现思路
本专利技术针对上述现有的技术问题提供一种原位碳复合的α型Mo2C纳米线及其制备方法，该制备方法工艺简单、可行性高，制备了具有良好循环稳定性、高倍率等电化学性能的钠离子电池负极材料。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案是：原位碳复合的α型Mo2C纳米线，其直径为100-200nm，长度为5-10μm，由直径10-20nm的Mo2C纳米颗粒组装而成，在Mo2C颗粒周围有无定型碳进行包覆。所述的原位碳复合的α型Mo2C纳米线的制备方法，将前驱体材料(C6H5NH3)2Mo3O102H2O在H2/Ar混合气的气氛下利用不同温度煅烧，自然冷却至室温即可得到纳米颗粒组装而成的原位碳复合的α型Mo2C纳米线。按上述方案，所述的前驱体材料采用下述制备方法得到，包括有以下步骤：1)称取一定量的四水合钼酸铵搅拌溶解于去离子水中；2)将步骤1)所得的溶液依次加入苯胺、盐酸，搅拌均匀；3)将步骤2)所得溶液水浴加热搅拌；4)将步骤3)所得溶液进行离心，洗涤，烘干，从而得到前驱体材料。按上述方案，所述的煅烧温度为500-700℃，时间为2-5h，升温速率为5℃/min。按上述方案，步骤1)所述的四水合钼酸铵的质量为1.24-4.15g，步骤2)所述的加入的苯胺与四水合钼酸铵的摩尔比为15-18:1，然后加入浓度为1mol/L的盐酸调节pH为4-5，并搅拌5min。按上述方案，步骤3)所述的水浴温度为40-80℃，时间为6-10h。按上述方案，步骤4)所述的洗涤将沉淀物洗涤5次，所述烘干温度为80℃，时间为12h。所述的原位碳复合的α型Mo2C纳米线作为钠离子电池负极活性材料的应用。本专利技术的反应机理为：先将可溶性的四水合钼酸铵溶解于去离子水中，然后在酸性环境下，苯胺和钼酸根发生反应生成前驱体材料(C6H5NH3)2Mo3O102H2O，在升温时前驱体材料首先会被碳化并生成MoO3，在高温煅烧时碳材料以及H2的还原作用下MoO3会被还原成α型Mo2C。本专利技术的有益效果是：本专利技术通过水浴搅拌以及固相烧结的方法合成了原位碳复合的α型Mo2C纳米线材料，这种纳米线材料具有更大的比表面积也就具有更多的反应的活性位点，从而可以具有更好的储钠性能，另外减小了离子的扩散距离，有利于快速的离子迁移；碳材料一方面可以增加导电性有利于电子传导，另一方面可以防止纳米线团聚，使纳米线分散性更好。将制备的原位碳复合的α型Mo2C纳米线用作钠离子电池负极材料，不但表现出优异的储钠容量，而且循环性能和倍率性能也非常杰出。附图说明图1为本专利技术实施例1中原位碳复合的α型Mo2C纳米线的XRD图谱；图2为本专利技术实施例1中原位碳复合的α型Mo2C纳米线的SEM图谱；图3为本专利技术实施例1中原位碳复合的α型Mo2C纳米线的Raman图谱；图4为本专利技术实施例1中原位碳复合的α型Mo2C纳米线作为钠离子电池负极材料的CV图；图5为本专利技术实施例1中原位碳复合的α型Mo2C纳米线作为钠离子电池负极材料在1Ag-1电流密度下的电池循环性能图；图6为本专利技术实施例1中原位碳复合的α型Mo2C纳米线作为钠离子电池负极材料在不同电流密度下的电池倍率性能图；具体实施例方式为了更好地理解本专利技术，下面结合具体实施例阐述本
技术实现思路
，但本
技术实现思路
并不仅仅局限于下面的实施例。实施例1原位碳复合的α型Mo2C纳米线制备方法包括：1)称取1.24g的四水合钼酸铵加入去离子水中，在室温搅拌5min溶解；2)将步骤1)所得的溶液依次加入1.67g的苯胺、12ml浓度为1mol/L盐酸，在室温下搅拌5min搅拌均匀；3)将步骤2)所得溶液置于50℃水浴锅中加热搅拌6h；4)将步骤3)所得溶液进行离心，并将沉淀物反复洗涤5次，在80℃烘箱烘干12h，从而得到前驱体材料；5)将步骤4)所得前驱体材料磨细称取250mg左右放到管式炉中，在H2/Ar混合气的气氛下500℃煅烧2h，自然冷却从而可得到原位碳复合的α型Mo2C纳米线。以本实施例所得的原位碳复合的α型Mo2C纳米线为例，利用X-射线衍射仪确定该材料的结构，如图1所示，本专利技术合成的原位碳复合的α型Mo2C纳米线为纯相，并无其他杂相。如图2所示，扫描电子显微镜测试表明该纳米线直径为100-200nm，长度为5-10μm，并且比较均匀一致。其由直径10-20nm的Mo2C纳米颗粒组装而成，在Mo2C颗粒周围有无定型碳进行包覆。如图3所示，拉曼光谱测试表明，本专利技术合成的原位碳复合α型Mo2C有碳存在，并且石墨化程度不高。将本专利技术制备的原位碳复合的α型Mo2C纳米线做为钠离子电池负极活性材料，科琴黑为导电剂，羧甲基纤维素钠(CMC)为粘结剂，并且将三种材料按照比例(活性材料：导电剂：粘结剂＝8:1:1)混合均匀后，加入适量异丙醇并研磨30min，超声2h后均匀涂布到涂碳铝箔，然后在70℃烘箱烘干，利用冲孔器冲孔待用。在威格钠电手套箱中进行纽扣半电池组装，正极为活性材料，负极为钠片，1M的NaCLO4以及5％FEC溶解于碳酸丙烯酯为电解液，组装CR2016不锈钢电池外壳扣式电池。以本实施例所得的原位碳复合的α型Mo2C纳米线为例，通过循环伏安法测试，如图4所示，该材料在反应时并没有明显的氧化还原峰；如图5所示，该材料在1Ag-1的电流密度下在循环1000圈后，仍有接近300mAhg-1的容量，具有良好的循环稳定性；如图6所示，在不同电流密度下进行恒流充放电测试，在100mAg-1的电流密度下首圈有409mAhg-1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.原位碳复合的α型Mo

【技术特征摘要】
1.原位碳复合的α型Mo2C纳米线，其直径为100-200nm，长度为5-10μm，由直径10-20nm的Mo2C纳米颗粒组装而成，在Mo2C颗粒周围有无定型碳进行包覆。


2.权利要求1所述的原位碳复合的α型Mo2C纳米线的制备方法，将前驱体材料(C6H5NH3)2Mo3O102H2O在H2/Ar混合气的气氛下利用不同温度煅烧，自然冷却至室温即可得到纳米颗粒组装而成的原位碳复合的α型Mo2C纳米线。


3.根据权利要求2所述的原位碳复合的α型Mo2C纳米线的制备方法，其特征在于所述的前驱体材料采用下述制备方法得到，包括有以下步骤：
1)称取一定量的四水合钼酸铵搅拌溶解于去离子水中；
2)将步骤1)所得的溶液依次加入苯胺、盐酸，搅拌均匀；
3)将步骤2)所得溶液水浴加热搅拌；
4)将步骤3)所得溶液进行离心，洗涤，烘干，从而得到前驱体材料。


4.按权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩春华，张庆勋，安琴友，麦立强，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42