一种基于氧化CNT构造C@MoSe2@OCNT材料的合成方法技术

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，特别涉及一种基于氧化多壁碳纳米管(OMWCNT)构造C@MoSe2@OCNT材料的合成方法，本发明专利技术方以五氯化钼、Se、OMWCNT、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@OMWCNT纳米复合异质结材料。与碳纳米管相比,CNT氧化后，会在OCNT表面引入含氧官能团(

【技术实现步骤摘要】
一种基于氧化CNT构造C@MoSe2@OCNT材料的合成方法


[0001]本专利技术涉及一种钠离子电池负极技术材料合成方法，特别涉及一种基于氧化CNT构造C@MoSe2@OCNT材料的合成方法，属于钠离子电池负极技术材料合成领域。

技术介绍

[0002]锂在过去二十年中，由于过渡金属硫族化合物(TMCs)材料具有较高的理论容量，因此在探索其作为钠离子电池电极材料方面引起了广泛的兴趣。然而，由于TMC材料电子和离子传输能力差以及抗钠离子嵌入/脱出过程中的体积变化能力弱，导致的其倍率性能差和循环寿命短，进而使其应用而受到了极大的阻碍。一般通过设计各种结构，特别是空心或纳米管结构，其可促进钠离子扩散和缓冲体积变化来解决这些问题。也可将TMC与碳(例如，碳纳米管、CNT、石墨烯)复合，增强的电子传输性能来提高电池性能。
[0003]碳纳米管(CNT)，由于其物理特性，如高导电性、高表面积、化学和机械稳定性，研究工作集中于开发CNT复合纳米结构电极，通过促进复合材料在钠离子应用中的电子传输性能，进而达到提高钠离子电池性能的目的。此外，氧化碳纳米管(OCNT)也引起了人们极大的兴趣，在对CNT进行酸处理氧化后，酸处理破坏的C
‑
C共价会在OCNT表会留下缺陷，同时会在OCNT表面引入含氧官能团(
–
OH、
–
COOH、C＝O等)。与碳纳米管相比，TMC更容易通过OCNT的表面缺陷和含氧官能团牢固地锚定在OCNT上。特别是，氧化多壁碳纳米管(OMWCNT)，不仅OMWCNT外壁上引入的氧官能团及缺陷能TMC发生强吸附作用，同时通过在氧化过程中基本保持完整的OMWCNT内壁提高与TMC复合后的导电性，进而提高复合材料的作为钠离子电池时的导电性和吸附在集流体能的能力，从而提高倍率性能和延长循环寿命。
[0004]基于以上考虑，结合商业化的OMWCNT材料中表面存在大量含氧管能团及缺陷部位且廉价易得的特点。我们设想将钼基有机配合物吸附到OMWCNT上的氧官能团或缺陷位点，Mo基有机配合物在位点吸附成核，然后Mo原位硒化为MoSe2，Mo基有机配合物中的有机组分在外层直接碳化以形成外包覆碳层，合成C@MoSe2@OMWCNT三层异质结。在OMWCNT和活性纳米材料(MoSe2)之间产生强耦合。
[0005]本专利技术，我们成功合成了C@MoSe2@OMWCNT和PEG
‑
C@MoSe2@OMWCNT三层异质结复合材料(图1)，并已通过XRD证实。所生成的三层结构确保了优异的钠存储性能，这可归因于双碳网络和扩大的MoSe2层间距之间的协同效应。当用作SIB的阳极材料时，与PEG
‑
200
‑2‑
C@MoSe2@MWCNT(电流密度为2Ag
‑1时500次循环后426mAh g
‑1，3000次循环后206.3mA h g
‑1)相比(专利号:202210476918.8)，PEG
‑
200
‑2‑
C@MoSe2@OCNT在0.1Ag
‑1的电流密度下提供896mAh g
‑1的首次高比容量，在5Ag
‑1高电流密度下500次循环后保持303mAh g
‑1的容量，在3000次循环后为189mAh g
‑1，复合材料性能提高归因于两个主要因素。第一个是体系的OMWCNT形成的三维碳网络提高导电性的同时将MoSe2限域在外层包覆碳和OMWCNT形成的空间内，增强了MoSe2与OMWCNT的结合作用，自然提高了MoSe2纳米材料与集流体的结合能力，有利于提升材料作为钠离子电池的寿命。第二个因素是OMWCNT的缺陷位点为MoSe2纳米材料成核和生长提供了位点，从而起到促进分散MoSe2纳米材料的作用，并且分散的MoSe2纳米
材料具有大表面积的特点，缩短电子和钠离子在单个MoSe2纳米材料中的扩散路径，从而提高复合材料作为钠离子电池的倍率性能。本专利技术为制造C@MoSe2@OMWCNT和PEG
‑
C@MoSe2@OMWCNT复合材料提供了一种简单的合成方法，C@MoSe2@OMWCNT材料可能为可再充电钠电池的开发提供一种极具潜力的钠离子电极材料。

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，而提出的一种基于氧化多壁碳纳米管构造C@MoSe2@OMWCNT材料的合成方法。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：
[0008]1.一种基于OMWCNT构造C@MoSe2@OMWCNT材料的合成方法，该复合物材料的制备方法包括以下步骤：
[0009]S1、将氧化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
‑
200
‑2‑
C@MoSe2@OMWCNT)，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OMWCNT均匀分散，同时使钼金属有机配物均匀吸附于OMWCNT表面，即形成钼金属有机配物@OMWCNT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@OMWCNT纳米复合异质结材料。
[0013]2.根据权利要求1所述的一种基于N掺杂CNT构造C@MoSe2@OMWCNT材料的合成方法，其特征在于所述S1中，聚乙二醇不局限于聚乙二醇
‑
200，聚乙二醇
‑
200与乙二醇的溶剂比值为0.1～0.6；
[0014]3.根据权利要求1所述的一种基于N掺杂CNT构造C@MoSe2@OMWCNT材料的合成方法，其特征在于所述S1中，加入过程中温度为20～30℃；
[0015]4.根据权利要求1所述的一种基于N掺杂CNT构造C@MoSe2@OMWCNT材料的合成方法，其特征在于所述S1中，五氯化钼的浓度为0.08～0.12mmol mL
‑1[0016]5.根据权利要求1所述的一种基于N掺杂CNT构造C@MoSe2@OMWCNT材料的合成方法，其特征在于所述S1中，硒的浓度为0.2～0.4mmol mL
‑1；
[0017]6.根据权利要求1所述的一种基于N掺杂CNT构造C@MoSe2@OMWCNT材料的合成方法，其特征在于所述S1中，硒与五氯化钼的摩尔比为1.5～3：1；
[0018]7.根据权利要求1所述的一种基于N掺杂CNT构造C@MoSe2@OMWCNT材料的合成方法，其本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于OMWCNT构造C@MoSe2@OMWCNT材料的合成方法，该复合物材料的制备方法包括以下步骤：S1、将氧化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
‑
200
‑2‑
C@MoSe2@OMWCNT)，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OMWCNT均匀分散，同时使钼金属有机配物均匀吸附于OMWCNT表面，即形成钼金属有机配物@OMWCNT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@OMWCNT纳米复合异质结材料。2.根据权利要求1所述的一种基于N掺杂CNT构造C@MoSe2@OMWCNT材料的合成方法，其特征在于所述S1中，聚乙二醇不局限于聚乙二醇
‑
200，聚乙二醇
‑
200与乙二醇的溶剂比值为0.1～0.6。3.根据权利要求1所述的一种基于N掺杂CNT构造C@MoSe2@OMWCNT材料的合成方法，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所述的一种基于N掺杂CNT构造C@MoSe2@OMWCNT材料的合成方法，其特征在于所述S1中，五氯化钼的浓度为0.08～0.12mmol mL
‑1。5.根据权利要求1所述的一种基于N掺杂C...

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