一种基于N掺杂CNT构造C@MoSe2@NCNT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N掺杂CNT构造C@MoSe2@NCNT材料的合成方法，N掺杂CNT中，N的掺入会增加表面的自由电子数，从而提高导电性，也会一定程度上提高NNMWCNT的吸附能力。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@NMWCNT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，能耗低、重复性高，MoSe2、NMWCNT可分散度高，形貌均匀，活性位点多，循环稳定性好(在2A g

【技术实现步骤摘要】
一种基于N掺杂CNT构造C@MoSe2@NCNT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N掺杂CNT构造C@MoSe2@NCNT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]锂离子电池(LIB)作为能量存储系统已广泛应用于便携式电子产品、电动汽车和电网规模的能量存储。随着市场需求的增长，有限的锂资源且分布不均已无法满足大规模应用。考虑到锂和钠的电化学相似性，钠离子电池作为最有前途的候选电池之一，由于地壳中钠资源丰富，引起了广泛关注。然而，Na+离子半径大于Li+离子半径，这导致反应动力学迟缓，活性材料严重结构崩溃，以及不稳定的固体电解质界面(SEI)，这些甚至会导致电化学性能下降。因此，探索合适的电极材料是提高钠离子电池的储Na+能力的关键。由于过渡金属硫族化合物材料具有较高的理论容量，因此在探索其作为钠离子电池替代阳极材料方面引起了广泛的兴趣。其中，MoX2(X＝S，Se)因其理论比容量高、Mo原子可以与碱金属离子相吸附提高材料的储能能力，以及具有大层间距的独特X
‑
Mo
‑
X结构而被广泛研究。尽管有这些优点，由于MoSe2的电子和离子传输能力有限且钠离子嵌入/脱出过程中的较大体积变化，使得其应用仍受限于较差的倍率性能和低的循环寿命。
[0003]将MoSe2与各种高导电碳材料复合已被证明是一种成功的策略。例如，将MoSe2与碳纳米管混合，起到增强复合材料的电子传输性能，缩短离子扩散路径，增强抵抗循环过程中的体积变化能力的作用。特别是N掺杂碳纳米管(NNMWCNT)。碳纳米管表面的化学反应性随着掺杂剂的添加和N的插入而增加，N的插入会向表面添加额外的电子，从而提高导电性，也会一定程度上提高NNMWCNT的吸附能力。此外，由N原子的引入可能在NMWCNT表面的产生缺陷位点(吡啶NNMWCNT、吡咯NNMWCNT)。与碳纳米管相比，MoSe2更有可能通过NNMWCNT上牢固地锚定在其表面。具体为Mo物种直接吸附在NNMWCNT上的表面缺陷位点上成核并生长；其中Mo物种在溶液中吸附到NNMWCNT中并与NNMWCNT上的缺陷相互作用并吸附到这些缺陷上，然后，在这些吸附位点，Mo基物质被原位硒化引发成核并生长MoSe2，使得硒化钼与NNMWCNT之间形成很强的结合作用，从而表现出更优越的电化学性能。特别是，N掺杂多壁碳纳米管(MWNMWCNT)，在外层碳与MoSe2间形成强的相互作用的同时，持基本完整内层碳纳米管不仅具有高导电性也且具有很强的结构支撑能力。
[0004]受到以上内容的启发，同时商业化NMWCNT材料廉价且易得，此外，商业化的NMWCNT中存在由N掺杂引起的缺陷位点。可以设想将Mo基有机金属吸附在NMWCNT的缺陷位点上，在这些吸附位点，将Mo基有机物原位硒化为MoSe2，同时Mo基有机物的有机组分物直接碳化形成外层碳包覆层，从而合成C@MoSe2@NMWCNT材料。在NMWCNT和MoSe2之间产生强耦合作用，使得上，降低充放电过程中MoSe2从NMWCNT脱落的可能性，从而提高MoSe2材料的循环寿命。
[0005]本专利技术中，我们合成了Mo基有机金属配合物后，通过超声波处理和退火工艺，成功制备3D C@MoSe2@NMWCNT和PEG
‑
C@MoSe2@NMWCNT复合材料(图1)。收集的异质结构C@MoSe2@NMWCNT和PEG
‑
C@MoSe2@NMWCNT产物通过XRD证实。当用作SIB的电极材料时，与PEG
‑
200
‑2‑
C@MoSe2@MWCNT(电流密度为2A g
‑1时500次循环后426mA h g
‑1，3000次循环后206.3mA h g
‑1)相比(专利号:202210476918.8)PEG
‑
200
‑2‑
C@MoSe2@NNMWCNT在0.1A g
‑1的电流密度下提供786mA h g
‑1的首次高比容量，以及很好的循环稳定性，在2A g
‑1高电流密度下1100次循环后保持226mA h g
‑1的放电比容量。3600次循环后，其为168mA h g
‑1。复合材料性能提高归因于两个主要因素。第一个是体系中的NMWCNT形成的三维碳网络在提高导电性的同时，也将MoSe2限域在外层包覆碳和NMWCNT形成的空间内，进而增强了MoSe2与NMWCNT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NMWCNT的缺陷位点为MoSe2纳米材料成核和生长提供了位点，同时PEG起到促进分散MoSe2纳米材料的作用，分散的MoSe2纳米材料具有大表面积的特点，起到缩短中电子和钠离子在单个MoSe2纳米材料中的扩散路径的作用，从而提高复合材料作为钠离子电池的倍率性能。本章工作为制造PEG
‑
C@MoSe2@NMWCNT复合材料提供了一种简单的合成方法，这将为未来与高性能电极材料构建相关的研究提供一些参考。

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N掺杂CNT构造C@MoSe2@NCNT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N掺杂CNT构造C@MoSe2@NCNT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、将氮掺杂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@NMWCNT)，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NMWCNT均匀分散，同时使钼金属有机配物均匀吸附于NMWCNT表面，即形成钼金属有机配物@NMWCNT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@NMWCNT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@NCNT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本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于N掺杂CNT构造C@MoSe2@NCNT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、将氮掺杂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@NMWCNT)，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NMWCNT均匀分散，同时使钼金属有机配物均匀吸附于NMWCNT表面，即形成钼金属有机配物@NMWCNT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@NMWCNT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@NCNT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@NCNT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@NCNT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...

【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：