氮硒掺杂碳立方盒包裹四硒化三铁/钴铁合金/氮硒共掺杂碳复合材料及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种氮硒掺杂碳立方盒包裹四硒化三铁/钴铁合金/氮硒共掺杂碳复合材料及其制备方法，该复合材料是以硝酸钴、柠檬酸三钠、铁氰化钾、三羟甲基氨基甲烷和多巴胺为原料，经室温化学沉淀、硒化、热解制备而成。本发明专利技术方法简单，成本低廉，所制备的复合材料为蛋黄

【技术实现步骤摘要】
氮硒掺杂碳立方盒包裹四硒化三铁/钴铁合金/氮硒共掺杂碳复合材料及制备方法


[0001]本专利技术属于电化学电源
，具体涉及一种电化学性能优良的氮硒掺杂碳立方盒包裹四硒化三铁/钴铁合金/氮硒共掺杂碳复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]由于现如今化石燃料的快速枯竭和随之而来的环境污染，现代社会面临着前所未有的能源挑战。为了解决这一紧迫问题，许多研究工作致力于探索经济、高效和可持续的能源储存和转换系统。在可用的储能技术中，可充电锂离子电池(LIBs)在过去的二十年中一直被认为是各种便携式消费电子产品的主要电源，满足从电动汽车到智能手机等大规模应用的需求电网，但是仍需要不断的突破来进一步提高LIBs的能量密度和功率性能。现有的具有石墨基负极在能量和功率密度方面已达到理论极限。因此，高容量负极材料的开发为先进LIBs提供了巨大的机会。
[0003]目前，作为负极材料的转换型材料(3d过渡金属氧化物、硫化物、磷化物等)已在LIBs中进行了研究，但实际上大多数的电极材料存在实际容量远远低于理论容量、倍率性能差、可逆容量衰减快、循环寿命短、充放电位极化大、能量损耗大等问题。而这些问题由以下几个原因导致：(1)电极材料形貌和微结构的变化；(2)电极上活性物质的体积变化，这最终会导致活性物质的粉碎和电极的机械解体；(3)导电性差致使其利用率大大降低。其中，过渡金属硒化物(TMSes)与过渡金属氧化物、硫化物和磷化物相比，较大的Se半径可以更容易破坏化学键并将更大的客体离子插入它们的间隙中，从而更容易发生化学反应动力学。因此，寻找新型负极材料或者设计组装新型负极材料结构来实现锂离子电池的高能量和功率密度、长循环寿命、低成本和高安全性能需求是科学家一直追求的目标，已成为研究的前沿热点。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是针对上述问题，提供一种具有高比容量、大倍率和长寿命以及稳定性好的储锂性能的氮硒掺杂碳立方盒包裹四硒化三铁/钴铁合金/氮硒共掺杂碳复合材料，并为该复合材料提供一种制备方法。
[0005]针对上述目的，本专利技术的氮硒掺杂碳立方盒包裹四硒化三铁/钴铁合金/氮硒共掺杂碳复合材料由下述方法制备得到：
[0006]1、将硝酸钴和柠檬酸三钠分散于去离子水中，再加入溶解于去离子水的铁氰化钾，室温陈化后，离心、洗涤、干燥，得到前驱体。
[0007]2、将三羟甲基氨基甲烷、步骤1得到的前驱体、多巴胺依次加入去离子水中，室温下搅拌20～30小时，离心、洗涤、干燥，得到中间产物。
[0008]3、将步骤2得到的中间产物与硒粉置于氩气气氛中，在350～500℃下煅烧1～3小时，得到硒化产物。
[0009]4、将步骤3得到的硒化产物置于氩气气氛中，在580～660℃下热解1～3小时，得到氮硒掺杂碳立方盒包裹四硒化三铁/钴铁合金/氮硒共掺杂碳复合材料。
[0010]上述步骤1中，优选所述硝酸钴与柠檬酸三钠、铁氰化钾的摩尔比为1:1～1.5:0.5～1。
[0011]上述步骤1中，室温陈化的时间为20～30小时。
[0012]上述步骤2中，优选所述前驱体与多巴胺、三羟甲基氨基甲烷的质量比1:0.4～0.8:0.5～1。
[0013]上述步骤3中，优选所述中间产物与硒粉的质量比为1:2～3。
[0014]上述步骤3中，进一步优选将步骤2得到的中间产物与硒粉置于氩气气氛中，在400～450℃下煅烧2小时。
[0015]上述步骤4中，优选将步骤3得到的硒化产物置于氩气气氛中，在600～650℃下热解2小时。
[0016]本专利技术的有益效果如下：
[0017]1、本专利技术首次采用化学沉淀法，利用硝酸钴、柠檬酸三钠和铁氰化钾得到前驱体，然后通过复合多巴胺得到前驱体@聚多巴胺中间产物，最后通过硒化和热解得到氮硒掺杂碳立方盒包裹四硒化三铁/钴铁合金化合物/氮硒共掺杂碳复合材料(记为Fe3Se4/Co7Fe3/NSeC@NSeC复合材料)。
[0018]2、本专利技术复合材料由氮硒掺杂碳立方盒包裹着四硒化三铁/钴铁合金/氮硒共掺杂碳，整体为立方体，表现为蛋黄
‑
蛋壳结构。
[0019]3、本专利技术复合材料的蛋黄
‑
蛋壳结构可以有效地缓解锂离子脱嵌过程中的体积膨胀效应。
[0020]4、本专利技术在热解过程中得到包含钴铁合金的复合材料，其存在增强了局部导电性，加速了反应动力学并且缩短离子和电子的扩散路径。
[0021]5、本专利技术复合材料的制备方法简单、成本低廉，作为电池负极材料，具有高比容量、大倍率、长寿命以及良好稳定性，展示出优越的储锂性能。
附图说明
[0022]图1是实施例1制备的Fe3Se4/Co7Fe3/NSeC@NSeC复合材料的X射线粉末衍射谱。
[0023]图2是实施例1制备的Fe3Se4/Co7Fe3/NSeC@NSeC复合材料的SEM图。
[0024]图3是实施例1制备的Fe3Se4/Co7Fe3/NSeC@NSeC复合材料的TEM图。
[0025]图4是NSeC、FeSe2/CoSe2/NSeC@NSeC复合材料和实施例1制备的Fe3Se4/Co7Fe3/NSeC@NSeC复合材料的储锂循环性能对比图。
[0026]图5是NSeC、FeSe2/CoSe2/NSeC@NSeC复合材料和实施例1制备的Fe3Se4/Co7Fe3/NSeC@NSeC复合材料的倍率性能对比图。
[0027]图6是实施例1制备的Fe3Se4/Co7Fe3/NSeC@NSeC复合材料的储锂循环性能图。
具体实施方式
[0028]下面结合附图和实施例对本专利技术进一步详细说明，但本专利技术的保护范围不仅限于这些实施例。
[0029]实施例1
[0030]1、将0.175g(0.6mmol)六水合硝酸钴和0.176g(0.6mmol)二水合柠檬酸三钠搅拌分散于20mL去离子水中，再加入溶解于20mL去离子水的0.132g(0.4mmol)铁氰化钾，室温下陈化24小时，离心、分别在去离子水和无水乙醇中洗涤三次、80℃下过夜干燥，得到前驱体。
[0031]2、将70mg三羟甲基氨基甲烷、100mg前驱体、45mg多巴胺依次加入100mL去离子水中，室温搅拌24小时，离心、分别在去离子水和无水乙醇中洗涤三次、80℃下过夜干燥，得到中间产物。
[0032]3、将中间产物与硒粉以质量比为1:2置于氩气气氛中，在400℃下煅烧2小时，得到硒化产物。
[0033]4、将硒化产物置于氩气气氛中，在600℃下热解2小时，得到Fe3Se4/Co7Fe3/NSeC@NSeC复合材料。
[0034]实施例2
[0035]1、将0.175g(0.6mmol)六水合硝酸钴和0.176g(0.6mmol)二水合柠檬酸三钠搅拌分散于20mL去离子水中，再加入溶解于20mL去离子水的0.165g(0.5mmol)铁氰化钾，室温下陈化24小本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氮硒掺杂碳立方盒包裹四硒化三铁/钴铁合金/氮硒共掺杂碳复合材料的制备方法，其特征在于所述制备方法由下述步骤组成：(1)将硝酸钴和柠檬酸三钠分散于去离子水中，再加入溶解于去离子水的铁氰化钾，室温陈化后，离心、洗涤、干燥，得到前驱体；(2)将三羟甲基氨基甲烷、步骤(1)得到的前驱体、多巴胺依次加入去离子水中，室温下搅拌20～30小时，离心、洗涤、干燥，得到中间产物；(3)将步骤(2)得到的中间产物与硒粉置于氩气气氛中，在350～500℃下煅烧1～3小时，得到硒化产物；(4)将步骤(3)得到的硒化产物置于氩气气氛中，在580～660℃下热解1～3小时，得到氮硒掺杂碳立方盒包裹四硒化三铁/钴铁合金/氮硒共掺杂碳复合材料。2.根据权利要求1所述的氮硒掺杂碳立方盒包裹四硒化三铁/钴铁合金/氮硒共掺杂碳复合材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述硝酸钴与柠檬酸三钠、铁氰化钾的摩尔比为1:1～1.5:0.5～1。3.根据权利要求1所述的氮硒掺杂碳立方盒包裹四硒化三铁/钴铁合金/氮硒共掺杂碳复合材料的制备方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘志宏，高天琦，赵小军，
申请(专利权)人：陕西师范大学，
类型：发明
国别省市：