一种碳封装氮化钼表面修饰少层硒化钼纳米片储钠材料及其形成方法和应用技术

本申请涉及一种碳封装氮化钼表面修饰少层硒化钼纳米片储钠材料及其形成方法和应用，所述方法包括如下步骤：将钼

【技术实现步骤摘要】
一种碳封装氮化钼表面修饰少层硒化钼纳米片储钠材料及其形成方法和应用


[0001]本申请涉及二次电池领域，具体涉及一种碳封装氮化钼表面修饰少层硒化钼纳米片储钠材料及其形成方法和应用。

技术介绍

[0002]锂离子电池已普遍使用在移动设备和电动汽车等产品，但锂在地壳中含量稀缺，且分布不均。随着锂离子电池的不断发展，其成本逐渐上升，如何寻找其他低成本、储量丰富的新型替代储能器件迫在眉睫。钠的含量丰富，在地壳中的丰度为2.75%，且全球分布均匀，同时，钠和锂具有相似的物理化学性质和近似电池工作原理。然而，在实际使用过程中，钠离子的半径比锂离子半径大，传统的锂离子电池用负极材料呈现出反应动力学缓慢、体积膨胀大和结构坍塌严重等问题，致使能量密度低、倍率和循环稳定性差。
[0003]氮化钼具有良好的金属属性和较高的理论容量，但在实际应用过程中，由于钠离子半径大，通常导致离子在其体相中扩散迟滞，容量利用不完全。同时，严重的体积变化易导致结构坍塌，呈现出较差的能量密度和循环稳定性。硒化钼具有独特的片状结构和表面特性，能为钠离子存储提供双面活性位点，表现出较高的实际容量。然而，在充放电过程中，纳米片较高的表面能易使片层团聚和结构坍塌，造成较大的容量衰减。
[0004]公开号为CN110400916A的专利文献公开了一种二硒化钼纳米片修饰的碳纤维复合材料制备方法，通过静电纺丝和高温碳化法制备得到钼基碳纳米纤维，再通过热处理技术生长硒化钼纳米片，得到二硒化钼纳米片修饰的碳纳米纤维复合材料，使得电化学过程中电子可以快捷有效地传输，增强导电性，但对于缓解体积变化，增强结构稳定性方面，不具有良好的改进效果。
[0005]公开号为CN107955598B的专利文献公开了一种硒化钼纳米片/氮掺杂碳核壳结构复合材料及其制备方法和应用，克服了硒化钼本体材料活性低的缺点，有效缓解硒化钼在使用过程中因体积膨胀造成的不稳定性，但在提高基底材料能量密度、倍率和循环稳定性方面，未体现出良好的改进效果。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于，提供一种碳封装氮化钼表面修饰少层硒化钼纳米片储钠材料及其形成方法和应用，利用少层硒化钼纳米片，在提高基底材料能量密度的同时，有效缓解自身结构的堆叠和团聚，使电极材料获得明显提升的循环稳定性能，并通过少层的硒化钼纳米片与氮化钼的结合，缓解体积变化，增强导电性和结构稳定性。从而克服现有技术中存在的体积膨胀大、结构坍塌严重、能量密度低、倍率和循环稳定性差的缺陷，有效解决氮化钼比容量低和多层硒化钼循环稳定性差的问题。
[0007]本专利技术采取的第一种技术方案是：一种碳封装氮化钼表面修饰少层硒化钼纳米片储钠材料的形成方法，包括如下步骤：
S1：将钼酸铵充分溶解在去离子水中，搅拌后逐滴加入苯胺，继续搅拌，然后加入稀盐酸，继续搅拌直至产生大量乳白色沉淀，将所述乳白色沉淀转移到油浴锅中，油浴加热并持续搅拌，经过滤、清洗和干燥后，得到钼
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聚苯胺框架；S2：将S1中得到的钼
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聚苯胺框架作为前驱体置于管式炉中，在高纯氩气中进行不低于500摄氏度的高温热处理，得到碳纳米棒束原位析出二氧化钼纳米颗粒的复合材料；S3：将S2中得到的碳纳米棒束原位析出二氧化钼纳米颗粒的复合材料溶解在去离子水中，再加入硒粉和水合肼溶液，置于聚四氟乙烯内衬中，均匀搅拌后，在不锈钢高压反应釜中进行水热反应，经过滤、清洗和干燥后，得碳封装二氧化钼表面修饰少层硒化钼纳米片复合材料；S4：将S3中得到的碳封装二氧化钼表面修饰少层硒化钼纳米片复合材料置于氨/氮混合气体环境中，在不低于700摄氏度的条件下进行热处理，经过滤、清洗和干燥后，得碳封装氮化钼表面修饰少层硒化钼纳米片储钠材料。
[0008]进一步地，S1中将钼酸铵充分溶解在去离子水中搅拌15分钟后制得的钼酸铵水溶液浓度为0.1~10克/100毫升，苯胺的用量为1~30毫升，加入苯胺后搅拌时间为10~15分钟，稀盐酸的浓度为0.1~3摩尔每升，稀盐酸的用量为5~80毫升，油浴温度为30~70摄氏度，油浴时间为6~24小时。
[0009]进一步地，S2中使用的高纯氩气的氩气浓度不低于99.99%，钼
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聚苯胺框架在所述高纯氩气中的高温热处理温度为500~800摄氏度，高温热处理时间为1~5小时。
[0010]进一步地，S3中碳纳米棒束原位析出二氧化钼纳米颗粒的复合材料的水溶液浓度为0.1~5克/100毫升，硒粉用量为0.01~0.15克，水合肼溶液中水合肼质量分数为40~80%，水合肼溶液的用量为1~10毫升，加入硒粉和水合肼溶液后均匀搅拌15分钟，水热反应的条件为150~250摄氏度热处理8~12小时。
[0011]进一步地，氨/氮混合气体中氨气和氮气的体积比为1：9~1：19，热处理温度为700~900摄氏度，热处理时间为30分钟~2小时。
[0012]本专利技术采取的第二种技术方案是：一种碳封装氮化钼表面修饰少层硒化钼纳米片储钠材料，所述碳封装氮化钼表面修饰少层硒化钼纳米片储钠材料通过第一种技术方案所述的方法制得。
[0013]进一步地，所述碳封装氮化钼表面修饰少层硒化钼纳米片储钠材料的结构为碳纳米棒束上镶嵌纳米颗粒，纳米颗粒表面均匀生长少层的纳米片的三维空间结构。
[0014]所述碳封装氮化钼表面修饰少层硒化钼纳米片储钠材料的应用包括但不限于用作钠离子电池负极材料。
[0015]本专利技术的有益技术效果在于：（1）碳封装氮化钼表面修饰少层硒化钼纳米片储钠材料具有原位碳复合、少层硒化钼纳米片、富氮氮化钼和丰富异质界面等结构优势；其中，碳纳米棒束的原位保护，能增强导电性，缓解体积变化带来的机械应力，防止晶粒粉末化，提高结构和循环稳定性；少层硒化钼纳米片和氮化钼纳米颗粒结合形成丰富的异质界面，可提升电荷迁移率，增强反应动力学，提高倍率性能，以此合成的复合材料应用于钠离子电池负极，将获得优异的储钠效果；（2）本专利技术所述方法制得的碳封装氮化钼表面修饰少层硒化钼纳米片储钠材料为
束状碳纳米棒原位复合富氮氮化钼纳米颗粒，以及少层硒化钼纳米片均匀地生长在氮化钼纳米颗粒表面的空间构造；碳纳米棒束的原位封装能将氮化钼纳米颗粒限制在同步形成的碳材料中，增强导电性，缓解体积变化带来的机械应力，防止晶粒粉末化，提高结构和循环稳定性；少层硒化钼纳米片能引入丰富的电化学活性位点，在提高氮化钼能量密度的同时，可有效缓解自身结构的堆叠和团聚，使电极材料获得明显提升的循环稳定性能；从而克服氮化钼因晶格间距小，呈现出较差的能量密度，以及纳米片较高的表面能易使硒化钼片层团聚和结构坍塌，造成较大的容量衰减的缺陷；（3）通过少层的硒化钼纳米片与氮化钼的结合，将构成异质界面，能提供额外的活性位点，提升电荷迁移率，提高反应动力学，获得显著提升的倍率性能；克服氮化钼在体相中扩散迟滞，容量利用不完全的缺陷；（4）与现有技术相比，本专利技术提供的形成方法用料常见、操作简单，能规模化制备制得的碳封装氮化钼表面修饰少层硒化钼纳米片储钠材料获本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳封装氮化钼表面修饰少层硒化钼纳米片储钠材料的形成方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：将钼酸铵充分溶解在去离子水中，搅拌后逐滴加入苯胺，继续搅拌，然后加入稀盐酸，继续搅拌直至产生大量乳白色沉淀，将所述乳白色沉淀转移到油浴锅中，油浴加热并持续搅拌，经过滤、清洗和干燥后，得到钼
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聚苯胺框架；S2：将S1中得到的钼
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聚苯胺框架作为前驱体置于管式炉中，在高纯氩气中进行不低于500摄氏度的高温热处理，得到碳纳米棒束原位析出二氧化钼纳米颗粒的复合材料；S3：将S2中得到的碳纳米棒束原位析出二氧化钼纳米颗粒的复合材料溶解在去离子水中，再加入硒粉和水合肼溶液，置于聚四氟乙烯内衬中，均匀搅拌后，在不锈钢高压反应釜中进行水热反应，经过滤、清洗和干燥后，得碳封装二氧化钼表面修饰少层硒化钼纳米片复合材料；S4：将S3中得到的碳封装二氧化钼表面修饰少层硒化钼纳米片复合材料置于氨/氮混合气体环境中，在不低于700摄氏度的条件下进行热处理，经过滤、清洗和干燥后，得碳封装氮化钼表面修饰少层硒化钼纳米片储钠材料。2.根据权利要求1所述的一种碳封装氮化钼表面修饰少层硒化钼纳米片储钠材料的形成方法，其特征在于，S1中将钼酸铵充分溶解在去离子水中搅拌15分钟后制得的钼酸铵水溶液浓度为0.1~10克/100毫升，苯胺的用量为1~30毫升，加入苯胺后搅拌时间为10~15分钟，稀盐酸的浓度为0.1~3摩尔每升，稀盐酸的用量为5~80毫升，油浴温度为30~70摄氏度，油浴时间为6~24小时。3.根据权利要求1所述的一种碳封装氮化钼表面修饰少层硒化钼纳米...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾凡焱，刘宝泉，卢涛，程果，
申请(专利权)人：南昌航空大学，
类型：发明
国别省市：