中空多壳层含Sn金属硒化物@碳异质结及其应用制造技术

本发明专利技术公开了中空多壳层含Sn金属硒化物@碳异质结，将中空多壳层含Sn金属@碳结构与硒粉进行混合后，在氩气气氛保护下退火得到产物中空多壳层含Sn金属硒化物@碳异质结。中空多壳层含Sn金属硒化物@碳异质结应用于高性能钠离子电池负极材料。该中空多壳层含Sn金属硒化物@碳异质结可以将中空多壳层结构与过渡金属硒化物相结合应并在钠离子电池负极材料中进行应用。行应用。行应用。

Hollow multi shell metal selenide containing Sn @ carbon heterojunction and Its Applications

【技术实现步骤摘要】
中空多壳层含Sn金属硒化物@碳异质结及其应用


[0001]本专利技术涉及微纳米复合材料合成
，具体涉及中空多壳层含Sn金属硒化物@碳异质结及其应用。

技术介绍

[0002]近年来，化石能源的需求与日俱增导致能源储存下降，锂离子电池因其高能量密度、优良的倍率性能和耐用的循环寿命，在许多方面得到了快速和广泛的应用。但是锂资源的匮乏和锂价格不断上升阻碍了锂离子电池在未来的广泛使用。而钠离子电池由于具有高的能量密度、电解质中快速的离子传输动力学、安全环保、生产成本低等特点而受到广泛的关注，被认为是最有希望的新一代储能体系。中空多壳层结构材料(壳层数≥3)具有独特的的微/纳米结构，多个壳层从外到内依次排列，能实现物质顺序的传输，其可应用在电化学储能、太阳能转换、电磁波吸收、催化、药物运输等领域中。在电化学储能应用方面，中空多壳层结构材料不仅能提供更多的储能活性位点，还能促进电荷的传输以及保证良好的材料结构稳定性，因而，表现出优异的电化学储能性能。过渡金属硒化物的电化学反应大多为电子反应，容量较高。但是在充放电过程中，电极材料体积变化严重，容易造成电极材料的破坏，降低电池的效率与寿命。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供中空多壳层含Sn金属硒化物@碳异质结，其可以将中空多壳层结构与过渡金属硒化物相结合应并在钠离子电池负极材料中进行应用。
[0004]在本专利技术的一个方面，本专利技术提出了含Sn的中空多壳层金属有机框架结构的制备方法。根据本专利技术的实施例，含Sn的中空多壳层金属有机框架结构的制备方法，包括以下步骤：
[0005](1)将前驱体中空多壳层金属
‑
有机框架分散于乙醇中，形成悬浮液A并置于水浴锅中加热搅拌；
[0006](2)将氯化亚锡溶于乙醇中，形成溶液B；
[0007](3)将溶液B缓慢加入溶液A中，在加热条件下进行金属阳离子交换，使Sn掺杂进入中空多壳层中，然后将产物进行离心分离，用乙醇和水多次洗涤后，置于烘箱烘干，获得含Sn的中空多壳层金属有机框架结构。
[0008]另外，根据本专利技术上述实施例的含Sn的中空多壳层金属有机框架结构的制备方法，还可以具有如下附加的技术特征：
[0009]在本专利技术的一些实施例中，所述步骤(1)中，中空多壳层金属
‑
有机框架为中空多壳层ZnNi
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ZIF
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8或CuCo
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MOF
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74；悬浮液A的浓度为0.1～2g/L；加热温度为25～80℃。
[0010]其中，所述中空多壳层ZnNi
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ZIF
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8粉体的制备方法如下，将二水乙酸锌和四水乙酸镍溶于N,N
‑
二乙基甲酰胺(DMF)形成溶液A1，将对苯二甲酸溶于DMF形成溶液B1，溶液A1倒入溶液B1中，转移至高压釜中，于95℃下保温10h，将产物离心分离，然后用DMF洗涤得到
ZnNi
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MOF
‑
5。将ZnNi
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MOF
‑
5分散于乙醇溶液形成悬浮液C1，将2
‑
甲基咪唑溶于乙醇形成溶液D1，在C1溶液中添加三乙胺(TEA)。将悬浮液C1缓慢滴入D1中反应搅拌30分钟后进行离心分离。然后用乙醇和水依次洗涤，置于80～100℃烘箱中烘干10～24h后，得到中空多壳层ZnNi
‑
ZIF
‑
8粉体。
[0011]所述中空多壳层CuCo
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MOF
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74粉体的制备方法如下，将六水硝酸钴和三水硝酸铜溶于去离子水形成溶液A2，2
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甲基咪唑和十六烷基三甲基溴化铵溶于去离子水形成溶液B2，溶液A2倒入溶液B2，搅拌20min，将产物离心分离，然后依次用乙醇和去离子水洗涤得到CuCo
‑
ZIF。将CuCo
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ZIF溶于DMF形成悬浮液C2，2,5
‑
二羟基对苯二甲酸溶于DMF形成溶液D2。将悬浮液C2倒入溶液D2后置于反应釜中，于130℃保温15小时。然后将产物离心分离，用乙醇洗涤，置于80～100℃烘箱中烘干10～24h后，得到中空多壳层CuCo
‑
MOF
‑
74粉体。
[0012]在本专利技术的一些实施例中，所述步骤(2)中，溶液B的的浓度为0.1～1g/L。
[0013]在本专利技术的一些实施例中，所述步骤(3)中，金属阳离子交换的反应温度为25～80℃；产物进行离心，分离的转速为500～3000r/min，离心时间为2～15min；烘箱烘干的温度为70～120℃，烘干时间为10～24h。
[0014]在本专利技术的另一方面，本专利技术提出了一种所述的含Sn的中空多壳层金属有机框架结构的制备方法制备得到的含Sn的中空多壳层金属有机框架结构。
[0015]在本专利技术的另一方面，本专利技术提出了中空多壳层含Sn金属@碳结构。根据本专利技术的实施例，该中空多壳层含Sn金属@碳结构由含Sn的中空多壳层金属有机框架结构置于氩气氛围内的管式炉中进行高温退火碳化得到。
[0016]另外，根据本专利技术上述实施例的中空多壳层含Sn金属@碳结构，还可以具有如下附加的技术特征：退火温度为600～900℃，升温速率为2℃/min，保温时间为1～3h。
[0017]在本专利技术的另一方面，本专利技术提出了中空多壳层含Sn金属硒化物@碳异质结。根据本专利技术的实施例，该中空多壳层含Sn金属硒化物@碳异质结由中空多壳层含Sn金属@碳结构与硒粉进行混合，然后在氩气气氛保护下退火得到。
[0018]另外，根据本专利技术上述实施例的中空多壳层含Sn金属硒化物@碳异质结，还可以具有如下附加的技术特征：中空多壳层含Sn金属@碳结构与硒粉混合时质量比为1：0.5～1：2，退火温度为300～500℃。
[0019]在本专利技术的另一方面，本专利技术提出了中空多壳层含Sn金属硒化物@碳异质结用于制备高性能钠离子电池负极材料。
[0020]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0021]1)本专利技术制备的中空多壳层含Sn金属硒化物@碳异质结既利用含Sn金属硒化物高的比容量，又利用了中空多壳层金属有机框架结构大的比表面积、低密度和高加载能力的特征，减缓了钠离子在充放电过程中对材料结构造成的破坏，从而提高了钠离子电池的电化学性能，如循环寿命及倍率性能。
[0022]2)本专利技术所采用阳离子交换的方法进行Sn掺杂，操作简单，可用于不同MOFs进行离子交换。
[0023]3)本专利技术制备的含Sn的中空多壳层金属有机框架结构，先在保护性气氛下高温碳化，在与硒粉混合后再进行退火，将含Sn金属硒化物均匀分布在多壳层中空结构中。
附图说明
[0024]图1是本专利技术实施例1制备的中空多壳层ZnNi
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ZIF
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8的扫描电镜图片；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.含Sn的中空多壳层金属有机框架结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将前驱体中空多壳层金属
‑
有机框架分散于乙醇中，形成悬浮液A并置于水浴锅中加热搅拌；(2)将氯化亚锡溶于乙醇中，形成溶液B；(3)将溶液B缓慢加入溶液A中，在加热条件下进行金属阳离子交换，使Sn掺杂进入中空多壳层中，然后将产物进行离心分离，用乙醇和水多次洗涤后，置于烘箱烘干，获得含Sn的中空多壳层金属有机框架结构。2.根据权利要求1所述的含Sn的中空多壳层金属有机框架结构的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，中空多壳层金属
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有机框架为中空多壳层ZnNi
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ZIF
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8或CuCo
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MOF
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74；悬浮液A的浓度为0.1～2g/L；加热温度为25～80℃。3.根据权利要求1所述的含Sn的中空多壳层金属有机框架结构的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，溶液B的浓度为0.1～1g/L。4.根据权利要求1所述的含Sn的中空多壳层金属有机框架结构的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中，金属阳离子交换的反应温度为25～8...

【专利技术属性】
技术研发人员：余东波，王杰，董文昊，姚佳，王菲，崔接武，吴玉程，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：