一种三维中空WS2/C复合电极材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种三维中空WS2/C复合电极材料及其制备方法和应用，利用硬模板法和ZIF

A three-dimensional hollow ws2/c composite electrode material and its preparation method and Application

【技术实现步骤摘要】
一种三维中空WS2/C复合电极材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于WS2纳米材料制备的
，具体涉及一种三维中空WS2/C复合电极材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]WS2纳米片是典型的层状过渡金属硫化物，层内是作用力较强的共价键(S
‑
W
‑
S)，而层间是作用力较弱的范德华力，且层间距较大约为0.62nm，有利于具有较大离子半径的钠离子的扩散。WS2纳米片的结构类似于通过弱范德华相互作用堆叠2D单层的石墨，并且2D结构可以提供大的表面积和2D渗透通道以促进电子快速在单层内转运，因此钠离子可以很容易地从WS2纳米片中插入和脱嵌，故WS2也被认为是一种有潜力的钠离子电池负极材料。
[0003]由于WS2固有的半导体特性导致其导电性较差，电子迁移率较低，表现出较差的倍率性能。另外在其充放电过程中大的体积膨胀会引起结构的破坏坍塌，导致其循环稳定性较差。构建中空结构可以有效缓解材料因体积膨胀带来的体积变化保证结构的稳定性。但是WS2单一的中空结构在多次充放电后的储钠性能不够理想，三维结构的交织网络具有较好的电荷传输通道，这可以促进电化学反应过程中的电荷转移效率。因此构建三维中空复合结构显得尤为重要。

技术实现思路

[0004]为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种三维中空WS2/C复合电极材料及其制备方法和应用，以解决WS2在充放电过程中因体积膨胀引起循环稳定性差，以及WS2单一的中空结构在多次充放电后的储钠性能不理想的问题。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
[0006]本专利技术公开了一种三维中空WS2/C复合电极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0007]步骤一：将醋酸锌溶解于超纯水中，搅拌至溶解得到澄清透明的溶液，向透明溶液中滴加氨水进行搅拌后，加入超纯水继续搅拌，得到均一的透明溶液，然后进行水热反应，冷却、洗涤、干燥得到ZnO材料；
[0008]步骤二：将ZnO和2
‑
甲基咪唑加入超纯水与NMP的混合溶剂中，充分搅拌得到混合溶液，然后对混合溶液进行加热反应，待反应结束后，洗涤、干燥得到ZnO@ZIF
‑
8材料；
[0009]步骤三：将ZnO@ZIF
‑
8材料进行热处理，得到ZnO@C复合材料，将ZnO@C复合材料加入HCl溶液中，加热搅拌、抽滤、干燥得到中空碳材料；
[0010]步骤四：将中空碳材料加入乙醇溶液中进行搅拌，得到黑色的悬浮液；将六氯化钨和硫代乙酰胺加入上述悬浮液中，搅拌后进行溶剂热反应，冷却、洗涤、干燥、热处理得到三维中空WS2/C复合电极材料。
[0011]优选地，步骤一中，醋酸锌与超纯水的用量比为(0.1
‑
1)g：(5
‑
30)mL；氨水与超纯水的体积比为(0.1
‑
5)：(5
‑
30)。
[0012]优选地，步骤一中，搅拌5
‑
15min至溶解，滴加氨水进行搅拌10
‑
30min，加入超纯水
继续搅拌20min。
[0013]优选地，步骤一中，所述水热反应温度为160
‑
220℃，反应时间为12
‑
36h。
[0014]优选地，步骤一中，用乙醇和去离子水分别洗涤三次，在60℃的真空中干燥12h后得到ZnO材料。
[0015]优选地，步骤二中，ZnO和2
‑
甲基咪唑的质量比为(0.1
‑
0.5)：(0.2
‑
1)；混合溶剂中超纯水与NMP的体积比为1:1。
[0016]优选地，步骤二中，所述搅拌时间为10
‑
30min，加热温度为60
‑
80℃，反应时间为12
‑
48h。
[0017]优选地，步骤二中，用乙醇和去离子水分别洗涤三次，在70℃的真空中干燥12h后得到ZnO@ZIF
‑
8材料。
[0018]优选地，步骤三中，所述热处理为以5
‑
15℃/min的升温速率加热到500
‑
800℃保温1
‑
4h；HCl溶液的浓度为0.5
‑
3mol/L，在30
‑
60℃下搅拌12
‑
36h。
[0019]优选地，步骤三中，在70℃的真空中干燥12h后得到中空碳材料。
[0020]优选地，步骤四中，搅拌10
‑
30min得到黑色的悬浮液，磁搅拌2h后进行溶剂热反应，反应后用乙醇和去离子水分别冲洗，在60℃的真空中干燥12h。
[0021]优选地，步骤四中，中空碳材料与乙醇的用量比为(30
‑
60)mg：(30
‑
60)mL，六氯化钨和硫代乙酰胺的质量比为(0.55
‑
1.19)：(0.75
‑
2.25)。
[0022]优选地，步骤四中，溶剂热反应温度为180
‑
220℃，反应时间为12
‑
48h；热处理为在Ar气气氛下于500
‑
800℃下保温1
‑
3h，升温速率为5
‑
15℃ min
‑1。
[0023]本专利技术还公开了上述的制备方法制得的三维中空WS2/C复合电极材料。
[0024]本专利技术还公开了三维中空WS2/C复合电极材料在制备钠离子电池中的应用。
[0025]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0026]本专利技术公开了一种三维中空WS2/C复合电极材料的制备方法，利用硬模板法和ZIF
‑
8衍生碳构建三维中空碳结构，再通过溶剂热法合成三维中空WS2/C复合电极材料，该方法制得的WS2/C复合电极材料相纯度较高，无其他杂相存在；本专利技术公开的三维中空WS2/C复合电极材料的制备方法，实验操作过程简单，原料成本低，反应温度也易控制，所用时间短，可在短时间内大规模制备。
[0027]进一步地，在水热反应温度为160
‑
220℃，反应时间为12
‑
36h的条件下，可以获得三维自组装的ZnO结构。
[0028]进一步地，利用三维自组装的ZnO作为模板和前驱物与2
‑
甲基咪唑进行配位，可以得到ZnO@ZIF
‑
8复合结构。
[0029]进一步地，对ZnO@ZIF
‑
8材料进行热处理，使得ZnO@ZIF
‑
8进一步碳化得到ZnO@C复合结构，将ZnO@C复合材料加入HCl溶液中，可以通过酸洗去除ZnO模板得到三维中空碳结构。
[0030]进一步地，溶剂热反应的温度为180...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三维中空WS2/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：将醋酸锌溶解于超纯水中，搅拌至溶解得到澄清透明的溶液，向透明溶液中滴加氨水进行搅拌后，加入超纯水继续搅拌，得到均一的透明溶液，然后进行水热反应，冷却、洗涤、干燥得到ZnO材料；步骤二：将ZnO和2
‑
甲基咪唑加入超纯水与NMP的混合溶剂中，充分搅拌得到混合溶液，然后对混合溶液进行加热反应，待反应结束后，洗涤、干燥得到ZnO@ZIF
‑
8材料；步骤三：将ZnO@ZIF
‑
8材料进行热处理，得到ZnO@C复合材料，将ZnO@C复合材料加入HCl溶液中，加热搅拌、抽滤、干燥得到中空碳材料；步骤四：将中空碳材料加入乙醇溶液中进行搅拌，得到黑色的悬浮液；将六氯化钨和硫代乙酰胺加入上述悬浮液中，搅拌后进行溶剂热反应，冷却、洗涤、干燥、热处理得到三维中空WS2/C复合电极材料。2.根据权利要求1所述的三维中空WS2/C复合电极材料的制备方法，其特征在于，步骤一中，醋酸锌与超纯水的用量比为(0.1
‑
1)g：(5
‑
30)mL；氨水与超纯水的体积比为(0.1
‑
5)：(5
‑
30)。3.根据权利要求1所述的三维中空WS2/C复合电极材料的制备方法，其特征在于，步骤一中，所述水热反应温度为160
‑
220℃，反应时间为12
‑
36h。4.根据权利要求1所述的三维中空WS2/C复合电极材料的制备方法，其特征在于，步骤二中，ZnO和2
‑
甲基咪唑的质量比为(0.1
‑
0.5)：(0.2
‑...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹丽云，左梓锐，兰妮，王悦，朱秦川，王瑜航，魏世英，罗晓敏，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：