一种用作钠离子电池负极的C@MoSe-2@CNT纳米复合异质结材料制造技术

本发明专利技术公开了一种涉及钠离子电池负极材料的合成方法，特别涉及一种用作钠离子电池负极的C@MoSe2@CNT复合纳米异质结材料的合成方法，本发明专利技术方以五氯化钼、Se、CNT、乙二醇(聚乙二醇)为原料，通过超声分散和后续的煅烧法合成C@MoSe2@CNT纳米复合异质结材料。该方法所得产品相比于同类产品，方法简单，重复性高，C@MoSe2@CNT分散度高，层数少，循环容量高、稳定性好。性好。性好。

【技术实现步骤摘要】
MoSe2/Carbon Hybrid Nanotubeswith Highly Disordered Layer Structures as Efficient Alkali
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Ion Storage Anodesbeyond Lithium[J].Acs Applied Materials&Interfaces,2020,12(2):2390
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9.]和 C@MoSe2@carbon[YOUSAF M,WANG Y,CHEN Y,et al.A 3D TrilayeredCNT/MoSe2/C Heterostructure with an Expanded MoSe
2 Interlayer Spacing for anEfficient Sodium Storage[J].Advanced Energy Materials,2019,9(30).]复合材料改善SIBs的容量和稳定性。Guo首次合成C@MoSe2@CNT三层异质结材料可以提供高比容量(484mAh g
‑1at 100mAg
‑1)和良好的循环稳定性(500次循环后，在500mAg
‑1下仍有347mAhg
‑1的比容量)，同时MoSe2电极的碳包覆层可以作为电解液和活性材料之间的屏障从而保护活性材料。[YOUSAF M,WANG Y, CHEN Y,et al.A 3D Trilayered CNT/MoSe2/C Heterostructure with an ExpandedMoSe2 Interlayer Spacing for an Efficient Sodium Storage[J].Advanced EnergyMaterials,2019,9(30).]这种3D三层C/MoSe2/CNT异质结材料的形态可以通过多个步骤进行精确控制。具体来说，首先，MoSe2层可通过简单的水热工艺在CNT模板上提供均匀涂层，然后进行退火工艺以生产中间体CNT/MoSe2复合材料；随后，使用葡萄糖作为碳源，通过碳化工艺将碳层均匀地包覆在 CNT/MoSe2复合材料上。在这种情况下，高度多孔(>99％)的CNT框架材料在构建3D三层结构中起着关键作用。然而，这种高度多孔(>99％)的CNT框架不容易大规模作为SIBs的负极材料，并且多个合成步骤存在合成周期较长 (约3天)和高能耗(高温煅烧次数)。因此，开发一种更加简单而有效的方法并且利用市售的CNT来构建3D三层C@MoSe2@CNT纳米结构用于钠离子电池将是挑战性工作。然而，市售的碳纳米管往往具有相互缠结以及无多孔结构的特征，难以负载金属盐成为三层材料。
[0004]众所周知，CNT的特征结构允许它们通过非共价力与有机分子相互作用，例如氢键、π
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π堆积和静电力，[CHEN W,DUAN L,ZHU D.Adsorption ofpolarand nonpolar organic chemicals to carbon nanotubes[J].Environmental Science& Technology,2007,41(24):8295
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300.]表明CNT可以很容易地进行共价或非共价杂化并且钼基配合物的有机单元具有转化为碳材料的潜力，而钼基配合物的金属具有形成金属基材料的潜力。因此，我们设想了一种简单而高效的方法来构建三层C@MoSe2@CNT复合材料。首先，将钼基络合物与碳纳米管混合，钼基络合物可以吸附在碳纳米管表面，然后将采用的前驱体金属复合物通过硒化处理原位转化为MoSe2，而钼基配合物的有机物作为碳源形成碳保护层。
[0005]在这项工作中，我们采用了一种简单的方法，可以通过原位合成MoSe2制备三层C@MoSe2@CNT，如方案1所示，由MoCl5与乙二醇和/或聚(乙二醇) (PEG)的反应形成Mo基有机金属配合物。然后通过超声波处理，钼基有机金属配合物与碳纳米管发生杂化，形成有机
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无机杂化材料。为了进一步揭示基于 Mo@CNT复合物的行为，使用Castep方法的密度函数理论(DFT)计算。图1 显示了基于Mo@CNT的复合体。从计算结果看，Mo复合物和CNT之间的距离为并且吸附能量为
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9.78eV，这意味着Mo基复合物将容易吸附到CNT 上。之后，将Mo@CNT复合物转移到陶瓷方舟中，并通过煅烧过程，将收集的 PEG
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200
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C@MoSe2@CNT经过XRD(图1a)表征表明获得该产物是三层异质结结构。该结构所展现出的优异的钠储存性能，可归因于双碳网络与MoSe2的层间间距扩大的协同效应。当用作SIBS的阳极材料时，PEG
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200
‑2‑ꢀ
C@MoSe2@CNT可以在0.1mA的电流密度下，提供高容量的1483mAhg
‑1初始容量，并且在500次循环后仍可保持426mAh g
‑1的优异容量，；在高电流密度为 2A g
‑1，经过3000次循
环后仍可保持206.3mAhg
‑1的可逆容量。因此，构建 C@MoSe2@CNT负极材料的研究可能为未来可充电电池提供潜在的选择.

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种用作钠离子电池负极的C@MoSe2@CNT纳米复合异质结材料。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：
[0008]一种用作钠离子电池负极的C@MoSe2@CNT纳米复合异质结材料，该复合物材料的制备方法包括以下步骤：
[0009]S1、将碳纳米管溶于乙二醇(聚乙二醇)，后加入五氯化钼与有机溶剂生成钼金属有机配物；最佳效果为:聚乙二醇加入替代乙二醇的量，即加入聚乙二醇和乙二醇的总量为15ml，本例中加2ml聚乙二醇200和13ml乙二醇(烧制后所得产物命名为PEG
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200
‑2‑
C@MoSe2@CNT)，Mo与聚乙二醇形成钼基金属有机配合物，最后再加入硒；
[0010]S2、将溶液超声，能够促使CNT均匀分散，同时使钼金属有机配物均匀吸附于CNT表面，即形成钼金属有机配物@CNT复合物；
[0011]S3、取出上述溶液放入陶瓷方舟中，随后转移至含有Ar气氛的管式炉中进行煅烧，升温速率为4～6℃/Min；
[0012]S4、在经过超声和煅烧反应后，前驱体分散液中的Mo元素被原位地硒化为 MoSe2，而有机组分原位地转化成碳材料，最终生成C@MoSe2@CNT纳米复合异质结材料。
[0013]优选的，所述S1中，聚乙二醇不局限于聚乙二醇
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200，聚乙二醇
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200与乙二醇的溶剂比值为0.1～0.6。
[0014]优选的，所述S1中，加入过程中温度为20～30℃。
[0015本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用作钠离子电池负极的C@MoSe2@CNT纳米复合异质结材料，该复合物材料的制备方法包括以下步骤：S1、将碳纳米管溶于乙二醇(聚乙二醇)，后加入五氯化钼与有机溶剂生成钼金属有机配物；最佳效果为:聚乙二醇加入替代乙二醇的量，即加入聚乙二醇和乙二醇的总量为15ml，本例中加2ml聚乙二醇200和13ml乙二醇(烧制后所得产物命名为PEG
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C@MoSe2@CNT)，Mo与聚乙二醇形成钼基金属有机配合物，最后再加入硒；S2、将溶液超声，能够促使CNT均匀分散，同时使钼金属有机配物均匀吸附于CNT表面，即形成钼金属有机配物@CNT复合物；S3、取出上述溶液放入陶瓷方舟中，随后转移至含有Ar气氛的管式炉中进行煅烧，升温速率为4～6℃/Min；S4、在经过超声和煅烧反应后，前驱体分散液中的Mo元素被原位地硒化为MoSe2，而有机组分原位地转化成碳材料，最终生成C@MoSe2@CNT纳米复合异质结材料。2.根据权利要求1所述的一种用作钠离子电池负极的C@MoSe2@CNT纳米复合异质结材料，其特征在于所述S1中，聚乙二醇不局限于聚乙二醇
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200，聚乙二醇
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200与乙二醇的溶剂比值为0.1～0.6。3.根据权利要求1所述的一种用作钠离子电池负极的MoSe2@CNT微米球复合物材料，其特征在于所述S1中，加入过程中温度为20～30℃。4.根据权利要求1所述的一种用作钠离子电池负极的MoSe2@CNT微米球复合物材料，其特征在于所述S1中，五氯化钼的浓度为0.08...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱仁华，杨寅材，王锋，尹双凤，神户宣明，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：