一种氮掺杂碳包覆的FeSe2及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种氮掺杂碳包覆的FeSe2及其制备方法与应用，所述方法包括：将有机溶剂升温至110～130℃进行除杂；后向所述有机溶剂内依次加入将金属前驱物、碳源充分搅拌后，获得配位性金属前驱物；其中，所述金属前驱物包括乙酰丙酮铁、乙酰丙酮亚铁、三氯化铁和二氯化亚铁中的至少一种；向所述配位性金属前驱物内加入硒源，并升高至230～250℃，反应完成后降至70～90℃后加入有机磷以除去未反应的硒源，并缓慢降至室温，获得氮掺杂碳包覆的FeSe2。作为电池负极的复合材料，实现了钠离子电池高倍率下的超长循环。电池高倍率下的超长循环。电池高倍率下的超长循环。

【技术实现步骤摘要】
一种氮掺杂碳包覆的FeSe2及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及纳米复合材料制备和电池
，特别涉及一种氮掺杂碳包覆的FeSe2及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]随着环境污染和能源消耗的日益增加，研发新型储能器件为人类社会的可持续发展带来了积极的影响。在过去几十年中，锂离子电池作为最成功的储能设备已经占据了市场主导地位，特别是在便携式电子设备和电动汽车领域。然而，锂离子电池成本较高，且锂资源分布不均，难以实现大规模储能应用。并且电动汽车销量的井喷式增长，导致锂成本进一步上升。因此，有必要开发一些兼具成本效益的新型储能替代品。钠是地球上最丰富的金属元素之一，分布均匀，且化学特征与锂相似。
[0003]迄今为止，各种应用于锂离子电池的正极材料(如聚阴离子化合物、层状过渡金属氧化物、普鲁士蓝类似物和有机化合物)相继被提出，相关的电化学性能已经接近商用锂离子电池的LiFePO4正极。然而，就负极材料而言，商业化最成功的石墨负极并不能直接应用于碳酸酯电解质中。因此，开发新型电池负极材料同样重要和紧迫。过渡金属硫族化合物具有能带结构可调、导电性高、比表面积大等特点，近年来引起了科技和商业界的广泛关注和研究。作为一种经典的过渡金属硫族化合物，过渡金属硒化物作为钠离子电池极具发展前景的负极材料已经相继被发现。然而，它们普遍存在体积膨胀、硒溶解和电化学动力学迟缓等问题，导致在脱盐过程中向钠的转化反应不充分，可逆性和稳定性差。
[0004]因此，有必要开发一种电池负极的复合材料，以解决电池循环稳定性差、速率性能不佳、初始库仑效率不高的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术目的是提供一种氮掺杂碳包覆的FeSe2及其制备方法与应用，操作过程简便、可批量合成，用于制备电池负极，实现了钠离子电池高倍率下的超长循环。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]在本专利技术的第一方面，提供了一种氮掺杂碳包覆的FeSe2的制备方法，所述方法包括：
[0008]将有机溶剂升温至110～130℃进行除杂；
[0009]向所述有机溶剂内依次加入将金属前驱物、碳源充分搅拌后，获得配位性金属前驱物；其中，所述金属前驱物包括乙酰丙酮铁、乙酰丙酮亚铁、三氯化铁和二氯化亚铁中的至少一种；
[0010]向所述配位性金属前驱物内加入硒源，并升高至230～250℃，反应完成后降至70～90℃后加入有机磷以除去未反应的硒源，并缓慢降至室温，获得氮掺杂碳包覆的FeSe2。
[0011]进一步地，所述有机溶剂包括油胺、十四胺、油酸、油醇、三正辛胺、环己胺和三正辛基膦中的至少一种。
[0012]进一步地，所述碳源包括三聚氰胺、三聚氰酸、柠檬酸铵、柠檬酸钠和枸橼酸中的至少一种。
[0013]进一步地，所述硒源包括硒粉、硒脲、二苯基硒和三正辛基膦硒中的至少一种。
[0014]进一步地，所述有机磷包括三正辛基膦、三甲基琳、三乙基膦和三环己基膦中的至少一种。
[0015]进一步地，所述碳源与所述金属前驱体的添加比例为：每毫摩尔所述金属源加入50到350毫克的所述碳源。
[0016]进一步地，所述硒源的添加量为金属源摩尔量的2.2倍。
[0017]在本专利技术的第二方面，提供了一种所述的方法获得的氮掺杂碳包覆的FeSe2。
[0018]在本专利技术的第三方面，提供了所述的氮掺杂碳包覆的FeSe2在制备长循环电池中的应用。
[0019]进一步地，所述电池包括钠离子半电池或全电池。
[0020]本专利技术实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
[0021]1、本专利技术提供了一种氮掺杂碳包覆的FeSe2及其制备方法，本专利技术利用高温溶剂热法制备FeSe2纳米复合材料，操作过程简便、可批量合成、且材料的相态丰富可调，适合大规模工业化应用；
[0022]2、通过外加碳源，可对纳米复合材料的缺陷浓度进行调控，提高了材料的倍率性能；同时碳源的介入有利于提高材料的电导率，减弱材料在电池循环过程中因体积变化而带来的容量衰减，实现材料的长循环稳定；
[0023]3、利用合成的纳米复合材料，实现钠离子电池高倍率下的超长循环，对碳中和、碳达峰的推进起到了一定的积极作用。
附图说明
[0024]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0025]图1为实施例1所制备的氮掺杂碳包覆的FeSe2的透射电子显微镜和扫描电子显微镜图片；
[0026]图2为对比例1制备的FeSe2的透射电子显微镜和扫描电子显微镜图片；
[0027]图3为实施例1制备的氮掺杂碳包覆的FeSe2作为钠离子半电池的负极，在电流密度为20Ag
‑1时的长循环稳定图。
[0028]图4为实施例1制备的氮掺杂碳包覆的FeSe2作为钠离子全电池的负极，在电流密度为1Ag
‑1时的长循环稳定图。
[0029]图5为对比例1制备的FeSe2作为钠离子半电池的负极，在电流密度为5Ag
‑1时的长循环稳定图；
[0030]图6为实施例2(A)、实施例3(B)和实施例4(C)的形貌图；
[0031]图7为实施例5的形貌图；其中图7A为异质结材料的SEM图片，从图片可以看出，异质结具有良好的海胆状形貌，图7B为异质结的TEM形貌，图7C为异质结的STEM形貌，图7D为
异质结的HTEM图，从中可以看出FeSe2与Fe3Se4具有清晰的异质结界面，且FeSe2与Fe3Se4分布在异质结界面两侧。
具体实施方式
[0032]下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本专利技术，本专利技术的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本专利技术，而非限制本专利技术。
[0033]在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。
[0034]除非另有特别说明，本专利技术中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买获得或者可通过现有方法获得。本专利技术的步骤S1、S2、S3
……
不代表严格的顺序关系，可根据需要适当调整顺序。
[0035]本申请实施例的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
[0036]根据本专利技术一种典型的实施方式，提供了一种氮掺杂碳包覆的FeSe2的制备方法，所述方法包括：
[0037]步骤S1、将有机溶剂升温至110～130℃进行除杂；后向所述有机溶剂内依次加入将金属前驱物、碳源充分搅拌后，获得配位性金属前本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氮掺杂碳包覆的FeSe2的制备方法，其特征在于，所述方法包括：将有机溶剂升温至110～130℃进行除杂；后向所述有机溶剂内依次加入将金属前驱物、碳源充分搅拌后，获得配位性金属前驱物；其中，所述金属前驱物包括乙酰丙酮铁、乙酰丙酮亚铁、三氯化铁和二氯化亚铁中的至少一种；向所述配位性金属前驱物内加入硒源，并升高至230～250℃，反应完成后降至70～90℃后加入有机磷以除去未反应的硒源，并缓慢降至室温，获得氮掺杂碳包覆的FeSe2。2.根据权利要求1所述的一种氮掺杂碳包覆的FeSe2的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂包括油胺、十四胺、油酸、油醇、三正辛胺、环己胺和三正辛基膦中的至少一种。3.根据权利要求1所述的一种氮掺杂碳包覆的FeSe2的制备方法，其特征在于，所述碳源包括三聚氰胺、三聚氰酸、柠檬酸铵、柠檬酸钠和枸橼酸中的至少一种。4.根据权利要求1所述的一种氮掺杂碳包覆的...

【专利技术属性】
技术研发人员：史建平，冯旺，何军，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：