一种阵列化钼掺杂二硒化钴复合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阵列化钼掺杂二硒化钴复合材料及其制备方法和应用，该方法包括：将柔性导电基底浸入2

【技术实现步骤摘要】
一种阵列化钼掺杂二硒化钴复合材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及钠离子电池负极材料
，具体涉及一种阵列化钼掺杂二硒化钴复合材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]近年来，柔性电子器件在诸如柔性传感器、可穿戴设备、能源存储、植入医疗等领域有着越来越广泛的应用。因此，作为能量供给载体的柔性电池的发展日益受到关注。其中，钠离子电池(SIBs)由于丰富的钠资源储量，更低廉的成本，凸显出其作为新一代储能电池的巨大潜力，因而受到科研人员的广泛关注。负极材料对钠离子电池性能提升起到至关重要的作用，其中过渡金属硒化物由于具有较高的比容量而受到人们的广泛关注。但是其较差的导电性以及电化学循环过程中脱嵌钠造成的巨大的体积变化，导致其在大电流下容量衰减较快，限制了它的大规模应用。
[0003]为了解决以上问题，科研人员对金属硒化物材料进行了大量的探索与研究，发现对这些材料的成分和微观结构进行一定调控后，有利于提高钠离子的存储性能。在成分调控上，研究者们通常会采用金属离子掺杂的形式提高硒化物的电导率，而且通过掺杂引入的缺陷有利于钠离子的嵌入与脱出，从而提升电极材料的电化学性能。此外，在微观结构设计上，将硒化物与碳材料复合可稳固金属硒化物的微观结构，避免电极材料在嵌脱钠过程中因巨大的体积变化和应力造成粉化。同时，碳材料作为导电基质包覆金属硒化物，也可以提高电导率。然而，经过以上手段修饰的金属硒化物粉体材料仍需通过浆料涂覆制成电极，不适用于柔性电子器件。

技术实现思路

[0004]针对
技术介绍
中的问题，本专利技术的目的在于提供了一种阵列化钼掺杂二硒化钴复合材料及其制备方法和应用。本专利技术开发无粘合剂阵列化钼掺杂二硒化钴复合电极材料，与传统电极相比不仅简化了繁琐的制备步骤，还降低了电极的阻抗、提供丰富的电子传输通道；金属离子掺杂硒化物可以加快过渡金属硒化物的电子与离子扩散动力学；稳定性碳缓冲层可以保证快速的电子和离子转移，缓解体积膨胀。以上策略用于钠离子电池负极材料时，具有较高的容量和较长的循环寿命。
[0005]本专利技术基于上述策略合成了以具有独特结构的MOF为模板，再利用离子交换等方法成功实现Mo离子的掺入，再对其进行碳包覆处理并一步硒化处理，从而进一步得到性能优异的阵列化钼掺杂二硒化钴复合材料。
[0006]一种阵列化钼掺杂二硒化钴复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0007](1)将钴盐水溶液与2
‑
甲基咪唑水溶液搅拌混合，得到混合溶液A；
[0008](2)将步骤(1)所得的混合溶液A转移至反应釜后加入柔性基底，静置反应一段时间后将柔性基底取出、洗涤、干燥得到前驱体钴基金属有机框架(Co
‑
MOF)阵列；
[0009](3)将钼酸钠先溶于水，随之加入乙醇，混合搅拌均匀，得到混合溶液B。将前驱体
Co
‑
MOF阵列浸入溶液B进行水浴，待水浴结束后，洗涤干燥得到双金属氢氧化物Mo
‑
Co LDH阵列；
[0010](4)将吡咯(Py)、十二烷基苯磺酸钠(SDBS)、氯化钠先后溶于去离子水，搅拌混合，得到混合溶液C。将步骤(3)所得的Mo
‑
Co LDH阵列浸泡在溶液C中进行电沉积包覆聚吡咯(PPy)，沉积结束后将Mo
‑
Co LDH阵列洗涤、干燥后得到Mo
‑
Co LDH@PPy阵列；
[0011](5)取硒粉和上述步骤(4)中的Mo
‑
Co LDH@PPy于管式炉中，在惰性气体保护下热处理，自然冷却后，得到碳包覆钼掺杂二硒化钴(Mo
‑
Co Se2@C)阵列。
[0012]以下作为本专利技术的优选技术方案：
[0013]步骤(1)中，所述的混合溶液A采用以下比例的组分：
[0014]水
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
60
‑
100mL；
[0015]钴盐
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ1‑
3mmol；
[0016]2‑
甲基咪唑
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ8‑
24mmol；
[0017]其中，所述的钴盐为硝酸钴、氯化钴、硫酸钴中的一种，搅拌时间为5
‑
30分钟，溶液A为紫色悬浊液。
[0018]步骤(2)中，静置反应温度为10
‑
60℃，静置时间为3
‑
5小时。
[0019]步骤(3)中，钼酸钠用量0.1
‑
1.0g，水与乙醇共100mL，其中，水与乙醇的体积比1：3～5(优选为1：4)。水浴温度为70
‑
95℃，时间为10
‑
20分钟。
[0020]步骤(4)中，所述的混合溶液B采用以下比例的组分：
[0021][0022]其中电沉积采用循环伏安法，参数如下：沉积圈数为2
‑
6圈，电压范围0.2
‑
0.7V，扫描速率0.1
‑
2.0mVs
‑1。
[0023]步骤(5)中，热处理的煅烧气氛为氮气或氩气，温度为300
‑
500℃，保温时间为1
‑
3小时，升温速率1
‑
5℃/分钟。
[0024]所述的阵列化钼掺杂二硒化钴复合材料，Mo
‑
CoSe2@C含量为0.9
‑
1.3mgcm
‑2。
[0025]所述的阵列化钼掺杂二硒化钴复合材料，包括均匀生长在基底上的钼掺杂二硒化钴片状材料。其特征在于，煅烧前便显出规则有序的片状结构，包覆碳煅烧后依旧维持良好规整的形貌，片的长度为1
‑
2μm。
[0026]钼掺杂二硒化钴复合材料阵列作为钠离子电池负极材料，将所得到的阵列化钼掺杂二硒化钴复合材料裁剪为1cm*1cm的正方形片直接用作工作电极，将钠金属箔用作对电极与参比电极，同时将玻璃纤维膜用作隔膜，电解质为1M NaClO4溶解在碳酸亚乙酯和碳酸二甲酯(EC/DMC体积比为1:1)的混合溶剂中，并加入重量为5％的碳酸氟代亚乙酯(FEC)作为添加剂。组装电池时，从下往上按照负极壳、电极材料、隔膜、电解液、钠金属箔、垫片、弹片和正极壳的顺序组装，在充满氩气的手套箱中进行操作完成。
[0027]装配好的钠离子电池放置12小时后进行恒电流充放电测试，充放电电压为3V
‑
0.01V，在25
±
1℃环境中测量钠离子电池负极的比容量、倍率性能以及充放电循环性能。
[0028]与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：
[0029](1)本专利技术开发无粘合剂阵列化钼掺杂二硒化钴复合电极材料应用于钠离子电池中。与传统电极相比，不仅消除简本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种阵列化钼掺杂二硒化钴复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将钴盐水溶液与2
‑
甲基咪唑水溶液搅拌混合，得到混合溶液A；(2)将步骤(1)所得的混合溶液A转移至反应器后加入柔性基底，静置反应后将柔性基底取出、洗涤、干燥得到前驱体Co
‑
MOF阵列；(3)将钼酸钠先溶于水，随之加入乙醇，混合搅拌均匀，得到混合溶液B，将前驱体Co
‑
MOF阵列浸入混合溶液B进行水浴，待水浴结束后，洗涤干燥得到双金属氢氧化物Mo
‑
Co LDH阵列；(4)将吡咯、十二烷基苯磺酸钠、氯化钠先后溶于去离子水，搅拌混合，得到混合溶液C，将步骤(3)所得的Mo
‑
Co LDH阵列浸泡在混合溶液C中进行电沉积包覆聚吡咯，沉积结束后将Mo
‑
Co LDH阵列洗涤、干燥后得到Mo
‑
Co LDH@PPy阵列；(5)取硒粉和步骤(4)所得的Mo
‑
Co LDH@PPy阵列于管式炉中，在保护性气体下热处理，冷却后，得到阵列化钼掺杂二硒化钴复合材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的混合溶液A采用以下比例的组分：水
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60
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100mL；钴盐
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【专利技术属性】
技术研发人员：杨叶锋，路米雪，姚珠君，蔡晨，
申请(专利权)人：浙江理工大学，
类型：发明
国别省市：