【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电化学储能技术中的电催化领域，提供了一种富氧端基碳化钛负载氮化钼复合材料的制备方法及应用。
技术介绍
1、随着社会的持续发展和科技的进步，化石燃料消耗带来的大量环境污染问题，为了缓解这一问题近年来许多研究重点都被放在了可再生能源和高效、环保的新型储能技术的开发上。
2、另一方面，气候变化是人类面临的全球性问题，随着各国二氧化碳排放，温室气体猛增，对生命系统形成威胁。在这一背景下，世界各国以全球协约的方式减排温室气体。因此新型储能是可再生能源充分开发利用的必要技术支撑，能够有效解决电网运行安全、电力电量平衡、可再生能源消纳等方面的问题。
3、在众多储能技术中，锂二氧化碳电池提供了一种碳中和储能解决方案，它用锂作负极，以温室气体二氧化碳作为正极反应物，为碳捕获和利用技术提供了一种令人信服的策略。此外，锂二氧化碳电池的有利特性为其在二氧化碳含量丰富的苛刻环境中的应用提供了宝贵的前景，例如在火星探测器、深海勘探和采矿机器人中的应用。
4、然而，一般情况下锂二氧化碳电池放电后所生成的碳酸锂产物具有一定的电绝缘特性和热力学稳定性，在充电过程中需要较高的外加电压才能使碳酸锂产物完全分解，另外，非极性二氧化碳分子的碳氧双键难以断裂，这使得二氧化碳的还原也是一个缓慢的动力学过程。缓慢的二氧化碳还原反应(co2rr)和二氧化碳析出反应(co2er)动力学速率，导致了锂二氧化碳电池极化过电位过高，能量效率低，循环稳定性差等问题。
5、因此，合理设计阴极催化剂，调控放电产物的组分，提高循环稳
6、钼基电催化剂具有特殊的电子轨道构型(4d55s1)和d带中心位置，在锂二氧化碳电池放电过程中，钼原子可以与反应中间体草酸根中的氧原子形成钼-氧键耦合，使草酸根稳定在催化剂表面，最终生成草酸锂作为放电产物。
7、草酸锂产物的热力学稳定性明显低于碳酸锂，这一特性使其能够在较低的充电电位下进行分解，有效缓解了锂二氧化碳电池的高极化问题。
8、直接生成的钼-氧键耦合还不够稳定，会导致草酸锂产物在循环或大电流深度放电过程中不断发生自歧化反应，逐渐转化为碳酸锂。
9、有必要继续优化钼原子的轨道电子，增强草酸根中钼3d轨道与草酸根中氧2p轨道的相互作用，防止其进一步发生自歧化反应。
10、二维材料碳化钛具有高导电性、特殊的多孔层状结构和可调的表面化学等优势，可以作为基底材料与钼基催化剂形成稳定的异质结界面，有利于电荷再分配，产生内置电场，有效优化电催化剂的电子结构。
11、在制备过程中，二维碳化钛不可避免地会产生一些特殊的表面末端，如氟、氧和羟基。羟基和氟端基的存在不利于对异质结界面相互作用和催化反应。
12、氧端基对金属化合物具有很强的亲和力，当氧端基存在于异质结界面时，氧端基可以作为电子转移中心，形成有效的金属原子-氧-金属原子电子通道，增强电子转移。
13、富氧界面对钼基电催化剂的电子结构优化可以有效的提高钼原子对草酸锂中氧原子的亲和力，形成稳定的钼-氧键，将反应中间体草酸锂稳定在催化剂表面，并使其作为最终放电产物。
技术实现思路
1、本专利技术旨在解决锂二氧化碳电池电极材料活性低，反应动力学缓慢的问题，提出了一种稳定草酸锂的富氧端基碳化钛负载氮化钼复合材料的制备方法与其在锂二氧化碳电池中的应用。
2、为了实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：
3、本专利技术提供了一种富氧端基碳化钛负载氮化钼复合材料的制备方法，包括步骤：
4、步骤(1)、称取3-5克碳钛化铝，缓慢加入40-60毫升氢氟酸中，并在通风橱中40-60摄氏度条件下磁力搅拌20-30小时，形成混合溶液；
5、步骤(2)、将步骤(1)所得混合溶液真空冷冻干燥处理10-20小时，得到碳化钛；
6、步骤(3)将步骤(2)所得碳化钛放入到管式炉中，在真空氛围下250-300摄氏度高温退火处理2-3小时，得富含氧端基的碳化钛，即得到富氧端基碳化钛；
7、步骤(4)将步骤(3)所制备的富含氧端基的碳化钛放入原子层沉积设备中，采用六羰基钼作为钼源，氨气作为氮源，高纯氩气作为载气。设置六羰基钼瓶源温度为60-70摄氏度，氩气流量为60.0-80.0标准立方厘米每分钟，氨气流量为2.0-4.0标准立方厘米每分钟，腔体真空度保持在0.1-0.15托，真空加热温度为300-350摄氏度。反应过程为每个原子沉积周期依次通入六羰基钼0.2-0.4秒，静置10-20秒，通入氨气并开启等离子体发生器反应10-20秒，吹扫废气30-60秒。进行1000次循环周期后得到异质结氮化钼和富氧端基碳化钛的复合材料。
8、所述异质结氮化钼和富氧端基碳化钛的复合材料为mo2n@ti3c202；
9、所述复合材料作为锂二氧化碳电池正极催化剂均匀涂覆到碳素材料基底上，经干燥处理得到催化剂修饰的电极片用于该电池中。
10、因为本专利技术采用上述技术方案，因此具有如下优点：
11、1.提高电极活性：通过在碳化钛表面引入氧端基，改变了材料表面的电荷分布，提高了对草酸锂中氧原子的亲和力，形成稳定的钼-氧键。这一策略有效地提高了电极材料的活性，使其在300毫安/克的大电流密度下获得稳定的草酸锂产物。
12、2.降低过电位：由于产物组分的改变，锂二氧化碳电池的过电位得以降低，从而提高了电池的能量效率。
13、3.提高循环稳定性：稳定的草酸锂产物和优化的电子结构提高了锂二氧化碳电池的循环稳定性，延长了电池的使用寿命。
14、4.简单高效的制备方法：本专利技术的制备方法简单，使用的材料廉价且易得，不包含昂贵的贵金属，有利于大规模生产和商业化应用。
15、5.经济性：由于不使用昂贵的材料，本专利技术提供了一种经济高效的电极材料制备方法，降低了生产成本。
16、6.提升电化学性能：相比现有技术，本专利技术通过引入氧端基的策略，显著提升了锂二氧化碳电池的电化学性能和稳定性，为电池的发展提供了新的可能性。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种富氧端基碳化钛负载氮化钼复合材料的制备方法，其特征在于，包括步骤：
2.根据权利要求1所述一种富氧端基碳化钛负载氮化钼复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)所进行的磁力搅拌应该在通风橱中进行。
3.根据权利要求1所述一种富氧端基碳化钛负载氮化钼复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述磁力搅拌温度为40-60摄氏度，时长为20-30小时。
4.根据权利要求1所述一种富氧端基碳化钛负载氮化钼复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述真空冷冻干燥，时长为10-20小时。
5.根据权利要求1所述一种富氧端基碳化钛负载氮化钼复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述管式炉温度为250-300摄氏度，时长为2-3小时。
6.根据权利要求1所述一种富氧端基碳化钛负载氮化钼复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(4)中采用高纯氩气作为载气。
7.根据权利要求1所述一种富氧端基碳化钛负载氮化钼复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(4)中所述原子层沉积过程中，六羰基钼瓶源温度为60-70摄氏度，氩气
8.根据权利要求1所述一种富氧端基碳化钛负载氮化钼复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(4)中所述原子层沉积过程中，每个原子沉积周期依次通入六羰基钼0.2-0.4秒，静置10-20秒，通入氨气并开启等离子体发生器反应10-20秒，吹扫废气30-60秒。
9.一种富氧端基碳化钛负载氮化钼复合材料的制备方法，其特征在于，氮化钼均匀覆盖在富氧端基碳化钛表面，厚度为18纳米。
10.根据权利要求1-9所述的一种富氧端基碳化钛负载氮化钼复合材料的制备方法得到的复合材料的应用，其特征在于：将复合材料均匀涂覆在碳素材料基底上，经过干燥处理所得到的具有所述复合材料修饰的电极片作为锂二氧化碳电池正极材料用于锂二氧化碳电池中。
...【技术特征摘要】
1.一种富氧端基碳化钛负载氮化钼复合材料的制备方法，其特征在于，包括步骤：
2.根据权利要求1所述一种富氧端基碳化钛负载氮化钼复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)所进行的磁力搅拌应该在通风橱中进行。
3.根据权利要求1所述一种富氧端基碳化钛负载氮化钼复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述磁力搅拌温度为40-60摄氏度，时长为20-30小时。
4.根据权利要求1所述一种富氧端基碳化钛负载氮化钼复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述真空冷冻干燥，时长为10-20小时。
5.根据权利要求1所述一种富氧端基碳化钛负载氮化钼复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述管式炉温度为250-300摄氏度，时长为2-3小时。
6.根据权利要求1所述一种富氧端基碳化钛负载氮化钼复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(4)中采用高纯氩气作为载气。
7.根据权利要求1所述一种富氧端基碳化钛负载氮化钼复合材料的制备方...
【专利技术属性】
技术研发人员：程建丽，郑瑞鑫，
申请(专利权)人：四川省新材料研究中心，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。