一种鳞片状MoO2/Mo2C@杨絮生物质碳复合材料及其应用制造技术

本发明专利技术属于功能材料制备领域，尤其涉及一种鳞片状MoO2/Mo2C@杨絮生物质碳复合材料及其应用，通过杨絮碳化

【技术实现步骤摘要】
一种鳞片状MoO2/Mo2C@杨絮生物质碳复合材料及其应用


[0001]本专利技术属于功能材料制备领域，具体涉及一种鳞片状MoO2/Mo2C@杨絮生物质碳复合材料及其应用。

技术介绍

[0002]发展高效储能系统对于可再生能源的利用及能源结构的调整具有重要作用。二次电池具有高效清洁且便捷的特点，在储能领域极具发展优势。目前，锂离子电池凭借其高电压、自放电率低、无记忆效应、长循环寿命等优点而占据市场的主导地位，并在电子产品和新能源汽车等领域得到广泛应用。然而，随着经济发展，人们对于二次电池的能量密度提出了更高的要求，而提升能量密度的关键在于电极材料能量密度的提高。因此，制备高比能量电极材料对于锂二次电池的发展至关重要。
[0003]过渡金属氧化物具有独特的能级结构、较高的稳定性及结构可调等特点，因而成为新能源材料领域研究的热点。其中，氧化钼具有理论容量高，化学稳定性和热稳定性高，价格低廉且环境友好等优点，因而是一种理想的电极材料。其中，二氧化钼作为锂二次电池的负极材料时，理论比容量可高达838mAh g
‑1，并且其导电性较好、熔点高、稳定性高同时对环境友好。因此用二氧化钼作为锂电池负极材料取代石墨负极(理论容量为372mAh g
‑1)，有利于提高锂二次电池的能量密度。然而，二氧化钼在电极循环过程中存在容量衰减和体积的膨胀导致结构破坏等问题。如Zhang等采用四水合七钼酸铵为钼源，于200℃下水热反应12h制得MoO2纳米颗粒，将其作为负极材料于LiCoO2正极所组装的全电池能量密度为179Wh kg
‑1(Electrochimica Acta,2016,213,416)。MoO3也是一种很有潜力的锂离子电池负极材料，理论容量高达1100mAh g
‑1。然而，其固有的较差电子导电性和充放电过程中的高体积膨胀阻碍了它具有较高的实际容量。Sahu等采用微波水热法(180℃，50Hz，500W，120psi)制备了正交α
‑
MoO3纳米带和多壁碳纳米管复合材料，其在1C倍率下容量为654mAh g
‑1(Advanced Energy Materials,2020,10,2001627)。上述制备方法均存在制备工艺复杂难以实施和量产的问题。
[0004]另外，二氧化钼和三氧化钼具有较强的极性和催化能力，可作为锂硫电池正极硫的载体材料，能够催化促进硫的电化学转化，并通过极性吸附来抑制硫的放电中间产物多硫化锂的穿梭效应，进而促使硫正极能够实现高能量密度。如Yang等在碳纸上生长MoO3/MoO2作为硫的载体，能够对多硫化锂产生有效吸附，对应的硫正极在0.5C循环500周后容量能够保持在828.1mAh g
‑1。
[0005]因此，二氧化钼和三氧化钼无论是作为锂离子电池的负极材料还是锂硫电池正极的硫载体都具有良好的应用前景。然而，大部分氧化钼纳米材料的制备方法比较苛刻，方法较复杂。如何开发简单的合成方法，并进行结构设计减缓其体积膨胀所带来的电极结构的破坏问题同时提升电化学循环稳定性是亟待解决的问题。
[0006]而杨絮为中空管状纤维，表面富含有机功能基团，具有较大的比表面积，质量轻，易于收集。而每到杨树果实成熟的季节，杨絮会大量飘散在空气中，对于人体的呼吸道产生
不良影响，甚至引起过敏症状。同时，数量庞大的杨絮会影响城市清洁度和道路交通，引发交通问题并存在火灾隐患。若能对杨絮进行碳化并将其制备杨絮衍生碳/金属氧化物复合材料，将极大降低杨絮的危害并提高其价值，同时得到高效且廉价的功能材料。
[0007]如何将上述内容有机结合，就成为专利技术人要解决的问题之一。

技术实现思路

[0008]本专利技术针对现有技术存在的诸多不足之处，提供了一种鳞片状MoO2/Mo2C@杨絮生物质碳复合材料及其应用，通过杨絮碳化
‑
浸渍钼酸盐
‑
惰性气氛煅烧的方法制备了鳞片状MoO2/Mo2C@杨絮生物质碳复合材料，并进一步将该材料于空气中煅烧制备中空管状MoO3材料，合成方法简单易行。本专利技术所得材料作为锂离子电池负极材料和锂硫电池正极载体材料，性能优异，有利于高能量密度电极材料的制备。且制备方法成本低廉，同时可以解决杨絮带来的危害，实现杨絮的高值化利用。
[0009]本专利技术的具体技术方案如下：
[0010]一种鳞片状MoO2/Mo2C@杨絮生物质碳复合材料，为杨絮生物质碳表面负载有MoO2/Mo2C纳米片的结构，MoO2/Mo2C纳米片的负载量为15～50wt％，负载效果良好。
[0011]其中所述的杨絮生物质碳采用杨絮为原料制备而成，其制备方法如下：
[0012]将杨絮于氩气气氛的管式炉中碳化，得到杨絮生物质碳；优选的，升温速率为2～5℃min
‑1，保温温度为400℃，保温时间为6h。
[0013]更具体的，上述碳复合材料通过杨絮碳化
‑
浸渍钼酸盐
‑
惰性气氛煅烧的方法制备了鳞片状MoO2/Mo2C@杨絮生物质碳复合材料；以其为基础，将该材料在空气中煅烧制备中空管状MoO3材料；
[0014]上述获得的鳞片状MoO2/Mo2C@杨絮生物质碳复合材料或中空管状MoO3材料的具体应用，既可以作为锂离子电池负极材料，也可以作为锂硫电池正极的载体材料。
[0015]上述鳞片状MoO2/Mo2C@杨絮生物质碳复合材料的制备方法，具体步骤如下：
[0016](1)将杨絮于氩气气氛的管式炉中碳化，得到杨絮生物质碳；其中升温速率为2～5℃min
‑1，保温温度为400℃，保温时间为6h；
[0017](2)将碳化后的杨絮浸渍到钼酸铵溶液中，后抽滤分离出杨絮，并烘干；具体步骤为：取一定质量的四水合钼酸铵加入一定体积的蒸馏水中，超声溶解得到钼酸铵溶液；将杨絮生物质碳置于上述钼酸铵溶液中，超声5min后，浸渍2h，抽滤分离出杨絮并于60℃烘干12～24h；
[0018]其中钼酸铵溶液的摩尔浓度为0.1～0.3mol L
‑1，杨絮生物质碳与钼酸铵的质量比为0.01～0.032：1。
[0019](3)将上步获得的杨絮生物质碳至于氩气气氛的管式炉中煅烧；具体的是以3.5℃min
‑1升温至400℃保温4h，后以5℃min
‑1升至850℃保温2h。
[0020](4)将(3)中所得材料用蒸馏水和乙醇抽滤洗涤，烘干，即得鳞片状MoO2/Mo2C@杨絮生物质碳复合材料。
[0021]利用上述方法制备MoO2/Mo2C简单易行，同时在惰性气氛中煅烧时，杨絮生物质碳可作为还原剂，将钼酸铵还原为MoO2/Mo2C，避免了H2/Ar等还原性气氛的使用，提高了制备过程的安全性。同时，当作为电极材料时，高电导率的杨絮生物质碳和Mo2C可以作为导电骨
架，促进电子的传输，因此有利于提高所制备电极的电化学性能。
[0022]所制备的鳞片状MoO2/Mo2C@杨絮生物质碳复合本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种鳞片状MoO2/Mo2C@杨絮生物质碳复合材料，其特征在于：为杨絮生物质碳表面负载有MoO2/Mo2C纳米片的结构MoO2/Mo2C纳米片的负载量为15～50wt％；其中所述的杨絮生物质碳采用杨絮为原料制备而成，其制备方法如下：将杨絮于氩气气氛的管式炉中碳化，得到杨絮生物质碳；其中升温速率为2～5℃min
‑1，保温温度为400℃，保温时间为6h。2.权利要求1所述鳞片状MoO2/Mo2C@杨絮生物质碳复合材料的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：(1)将杨絮于氩气气氛的管式炉中碳化，得到杨絮生物质碳；其中升温速率为2～5℃min
‑1，保温温度为400℃，保温时间为6h；(2)将碳化后的杨絮浸渍到钼酸铵溶液中，后抽滤分离出杨絮，并烘干；具体步骤为：取一定质量的四水合钼酸铵加入一定体积的蒸馏水中，超声溶解得到钼酸铵溶液；将杨絮生物质碳置于上述钼酸铵溶液中，超声5min后，浸渍2h，抽滤分离出杨絮并于60℃烘干12～24h；(3)将上步获得的杨絮生物质碳至于氩气气氛的管式炉中煅烧；(4)将(3)中所得材料用蒸馏水和乙醇抽滤洗涤，烘干，即得鳞片状Mo...

【专利技术属性】
技术研发人员：王璐，傅新蕊，孔令龙，李成福，王添艺，刘学范，
申请(专利权)人：山东农业大学，
类型：发明
国别省市：