CN112018347A - 一种NbS2/MXene复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种NbS2/MXene复合材料及其制备方法。选择MXene与NbS2为原料，通过固相硫化和水热溶剂法制备一种NbS2/MXene复合材料，其中复合材料的多层状结构增加了比表面积并防止材料团聚和离子扩散过程的体积明显膨胀，且NbS2纳米片的生长时材料暴露出更多活性边缘位点，较弱的层间相互作用和表面官能团改善了钾离子的转化反应和插层反应，促进电极材料的电化学性能提升。实验表明，NbS2/MXene复合材料具有高的可逆容量和良好循环稳定性。制作方法简单合理，材料成本低，安全高效。

Description

一种NbS2/MXene复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于新能源技术领域，具体涉及一种NbS2/MXene复合材料及其制备方法。
背景技术
随着混合动力汽车和便携式电子设备的发展，需要高容量高性能的储能装置来满足未来电子产品的需求。钾离子电池是有潜力的新一代能源技术，具有能量密度高、循环寿命长、容量大、钾元素自然资源丰富、污染少等优势。电极材料在电池的应用中起着重要作用，目前工业电池中广泛使用的电极材料是石墨，但石墨的能量密度有限，速率性能不佳，大大限制了电池性能及其应用潜力，因此，探索一种高性能电极材料具有重要的现实意义。
近年来二维过渡金属硫族化合物(包括MoS2、WS2、VS2、CrS2、TiS2、NiTe2和CoTe2等)优异的电化学性能引起了人们的关注。其中NbS2纳米片是一种具有潜力的电极材料，NbS2的离子迁移势垒值低，且纳米片各层之间较弱的范德华力和较大的层间距可以提高钾离子的扩散效率，作为电极材料比容量高，循环寿命长。但NbS2纳米片具有易团聚且结构不稳定的缺陷，在充放电循环过程中会导致循环性能快速衰减。
MXene具有独特的手风琴状的多层结构和良好的导电性，被认为是一种具有发展潜力的电极材料。MXene手风琴状的多层结构有利于增加离子扩散时接触面积；良好的导电性可以加快离子扩散动力学；表面官能团可以使吸附能力增强。但是其层间距较小，并且表面官能团具有一定的吸附性，因此单独使用并不能取得理想的离子快速迁移效果。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明的目的之一在于提供一种NbS2/MXene复合材料。本发明的另一目的在于提供上述NbS2/MXene复合材料的制备方法。进一步的，本发明提供一种NbS2/MXene复合材料的应用，将所述NbS2/MXene复合材料用于钾离子电池负极。
本发明采用以下方案：
一种NbS2/MXene复合材料及其制备方法，包括如下制备步骤：
(1)称取适量五氧化二铌和硫源装载在两个单独的刚玉方舟中，通入气氛气体，分别放置于的管式炉中的气流中游和上游，逐步升温，煅烧，冷却后收集中游的刚玉方舟中黑色物质NbS2粉末，真空储存；
(2)将黑色NbS2粉末置于烧杯中，加入适量分散溶剂，充分混匀，均匀分布混合液；
(3)取适量MXene纳米片和水加入步骤(2)所述的混合溶液中，清洗，搅拌，形成悬浊液；
(4)将步骤(3)所述悬浊液移入反应釜内衬，将反应釜密封在烘箱中，水热反应，得到粗产物；
(5)将粗产物用去离子水清洗2-5次，优选的为3次，离心，弃滤液，干燥，得到NbS2/MXene复合材料。
进一步地，步骤(1)中所述五氧化二铌的用量为10-50mmol；所述硫源的用量为20-100mmol。
进一步地，步骤(1)中所述煅烧温度为500-700℃，优选的为550-650℃，例如500℃、550℃、600℃、650℃、700℃；所述煅烧时间为5-7h，优选的为5.5-6.5h，例如5h，5.5h，6h，6.5h，7h。
进一步地，所述硫源为硫代乙酰胺、硫粉、硫脲中的一种或多种。
进一步地，步骤(1)中保护气体为氮气、氦气、氩气中的一种。
进一步地，所述分散溶剂为N-甲基吡咯烷酮、氢氧化钠、N，N-二甲基甲酰胺中的一种或多种；优选用N-甲基吡咯烷酮和氢氧化钠体积比1:1混合。
进一步地，所述N-甲基吡咯烷酮的用量为5-10ml，浓度为0.5-5mg/L；所述氢氧化钠用量为5-10ml，浓度为0.1-5mg/L。
进一步地，步骤(3)中所述MXene纳米片的用量为10-50mmol；所述水的用量为20-60mg。
进一步地，所述MXene为Ti3C2TX、Nb2CTX、V3C2TX中的一种或多种；优选用Ti3C2TX。
进一步地，步骤(3)中所述清洗为超声波清洗，其中清洗温度为25-50℃，例如25℃、30℃、35℃、40℃；清洗时间为4-6h，例如4h、5h、6h；所述搅拌为磁力搅拌，搅拌时间为10-12h，例如10h、11h、12h。
进一步地，步骤(4)中所述烘箱温度为150-250℃，优选的为180℃，反应时间12-20h，优选的为13-18h，例如12h、13h、14h、15h、16h、17h、18h、19h、20h。
进一步地，步骤(5)中所述离心速度为7000-12000r/min，优选8500r/min，离心时间5-20min，优选的为10min。真空干燥的温度为50-140℃，优选90℃，干燥时间为6-12h，例如6h、7h、8h、9h、10h、11h、12h。
进一步地，所述五氧化二铌、硫源和MXene纳米片的摩尔比为1：1.5-2.5：1。
一种由上述制备方法制得的NbS2/MXene复合材料。
一种上述NbS2/MXene材料的应用，将所述NbS2/MXene复合材料用于钾离子电池负极。本发明的有益效果：
(1)本发明的NbS2/MXene复合材料具有较高的电化学性能，NbS2纳米片生长在MXene上，层状的稳定结构增加了比表面积和导电性，防止NbS2的团聚和体积明显膨胀，较弱的层间相互作用，表面的官能团改善了钾离子的转化反应和插层反应，促进电极材料的电化学性能提升；
(2)本发明的NbS2/MXene复合材料具有较低的电荷转移电阻，NbS2纳米片的负载增加了层间距暴露出更多活性边缘位点，提高离子迁移效率；
(3)本发明的NbS2/MXene复合材料具有良好的循环稳定性，从图2-图5中可以看出，本发明NbS2/MXene复合材料的循环稳定性和比容量大小要优于NbS2材料、MXene材料及硫掺杂MXene负极材料；
(4)本发明所述NbS2/MXene复合材料利用固相硫化和简单水热溶剂法制备，过程简单有效，NbS2/MXene复合材料各方面性能优异，利于推广和应用。
附图说明
图1是实施例1中NbS2/MXene复合材料的扫描电镜图。
图2是实施例1中NbS2/MXene复合材料组装钾离子电池在100mA/g的电流密度下所测的循环性能图。
图3为NbS2材料组装钾离子电池在100mA/g的电流密度下所测的循环性能图。
图4为MXene材料组装钾离子电池在100mA/g的电流密度下所测的循环性能图。
图5为S材料组装钾离子电池在100mA/g的电流密度下所测的循环性能图。
图6为MXene的扫描电镜图。
图7为NbS2/MXene复合材料与MXene的XRD图。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，现结合以下具体实施例做进一步说明，但是本发明不限于具体实施例。
其中，所述材料如无特别说明均可以在商业途径可得；
所述Ti3C2Tx纳米颗粒购自北京北科新材科技有限公司，编号BK2020011814，尺寸大小：1-5μm，纯度：99％，产品应用领域：储能，催化，分析化学等。
所述方法如无特别说明均为常规方法。
实施例1
一种NbS2/MXene复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取25mmol五氧化二铌和50mmol硫粉装在两个单独的刚玉方舟中，分别放置于氦气保护气氛的管式炉中的气流中游和上游，逐步升温至550℃煅烧5h，冷却后收集中游的刚玉方舟中黑色NbS2粉末，真空储存。
(2)将黑色NbS2粉末加入烧杯中，加入5ml的N-甲基吡咯烷酮和5ml的氢氧化钠分散溶剂并充分搅拌形成均匀分布混合液，之后称取25mmol的MXene纳米片(Ti3C2TX)和20ml的水加入烧杯中混合形成悬浊液，在温度25℃的超声波清洗仪中处理4h，然后磁力搅拌10h；
(3)将烧杯的悬浊液移入反应釜内衬，将反应釜密封在180℃烘箱中水热反应12h；
(4)将反应后的反应釜内衬取出，产物用去离子水清洗3次，之后放入离心机在8500r/min条件下离心5min，得到的产物放入真空干燥箱中90℃下12h得到NbS2/MXene复合材料。
称取80mg的NbS2/MXene复合材料、10mg的super P和10mg的聚偏氟乙烯粘结剂混合，加入少量N-甲基吡咯烷酮，搅拌后涂在铜箔上，90℃温度下干燥3h，用切片机将铜箔裁剪圆形作为工作电极，干燥后放入氧和水含量都低于0.4ppm的惰性气氛手套箱中，以金属钾片为对电极，玻璃纤维为隔膜，组装成2032型纽扣电池。
图1是实施例1中NbS2/MXene复合材料的扫描电镜图，从图中可见，样品呈现风琴状多层结构，NbS2材料均匀分布在MXene材料表面无团聚现象，表明NbS2成功负载在MXene上且不会破坏MXene形态。
图6为MXene的扫描电镜图。通过图1和图6的对比，可以看出NbS2的成功负载增加了MXene材料的层间距，暴露出更多活性边缘位点。
进一步地，图7为NbS2/MXene复合材料与MXene的XRD图。由图可见，NbS2/MXene复合材料与MXene两者分别在2θ约7度和9度处有吸收峰，对应(002)晶面，相比较于MXene的吸收峰，NbS2/MXene复合材料特征峰向低角移动，表明晶格常数发生改变，晶面间距增大，体现NbS2/MXene复合材料的晶面间距通过NbS2的引入而增大。
图2是实施例1中NbS2/MXene复合材料组装钾离子电池在100mA/g的电流密度下所测的循环性能图，从图中可见，NbS2/MXene复合负极材料组装钾离子电池在100mA/g的电流密度下循环100圈仍有244.8mA h/g的可逆容量，本实施案例材料具有高的可逆容量和良好的循环性能。
实施例2
一种NbS2/MXene复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取30mmol的五氧化二铌和60mmol的硫粉装在两个单独的刚玉方舟中，分别放置于氦气保护气氛的管式炉中的气流中游和上游，逐步升温至600℃煅烧5.5h，冷却后收集中游的刚玉方舟中黑色NbS2粉末，真空储存。
(2)将黑色NbS2粉末加入烧杯中，加入7ml的N-甲基吡咯烷酮和7ml的氢氧化钠分散溶剂并充分搅拌形成均匀分布混合液，之后称取30mmol的MXene纳米片(Ti3C2TX)和30ml的水加入烧杯中混合形成悬浊液，在温度30℃的超声波清洗仪中处理5h，然后磁力搅拌11h；
(3)将烧杯的悬浊液移入反应釜内衬，将反应釜密封在200℃烘箱中水热反应15h；
(4)将反应后的反应釜内衬取出，产物用去离子水清洗4次，之后放入离心机在9000r/min条件下离心10min，得到的产物放入真空干燥箱中100℃下8h得到NbS2/MXene复合材料。
称取80mg的NbS2/MXene复合材料、10mg的super P和10mg的聚偏氟乙烯粘结剂混合，加入少量N-甲基吡咯烷酮，搅拌后涂在铜箔上，90℃温度下干燥3h，用切片机将铜箔裁剪圆形作为工作电极，干燥后放入氧和水含量都低于0.4ppm的惰性气氛手套箱中，以金属钾片为对电极，玻璃纤维为隔膜，组装成2032型纽扣电池。
本实施例NbS2/MXene复合材料组装钾离子电池在100mA/g的电流密度下循环100圈仍有267.3mA h/g的可逆容量，本实施案例材料具有高的可逆容量和良好的循环性能。
实施例3
一种NbS2/MXene复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取40mmol的五氧化二铌和80mmol的硫粉装在两个单独的刚玉方舟中，分别放置于氦气保护气氛的管式炉中的气流中游和上游，逐步升温至650℃煅烧6h，冷却后收集中游的刚玉方舟中黑色NbS2粉末，真空储存。
(2)将黑色NbS2粉末加入烧杯中，加入9ml的N-甲基吡咯烷酮和9ml的氢氧化钠分散溶剂并充分搅拌形成均匀分布混合液，之后称取40mmol的MXene纳米片(Ti3C2Tx)和40ml的水加入烧杯中混合形成悬浊液，在温度40℃的超声波清洗仪中处理5.5h，然后磁力搅拌11.5h；
(3)将烧杯的悬浊液移入反应釜内衬，将反应釜密封在220℃烘箱中水热反应20h；
(4)将反应后的反应釜内衬取出，产物用去离子水清洗3次，之后放入离心机在10000r/min条件下离心15min，得到的产物放入真空干燥箱中90℃下10h得到NbS2/MXene复合材料。
称取80mg的NbS2/MXene复合材料、10mg的super P和10mg的聚偏氟乙烯粘结剂混合，加入少量N-甲基吡咯烷酮，搅拌后涂在铜箔上，50℃温度下干燥3h，用切片机将铜箔裁剪圆形作为工作电极，干燥后放入氧和水含量都低于0.4ppm的惰性气氛手套箱中，以金属钾片为对电极，玻璃纤维为隔膜，组装成2032型纽扣电池。
本实施例NbS2/MXene复合材料组装钾离子电池在100mA/g的电流密度下循环100圈仍有253.3mA h/g的可逆容量，本实施案例材料具有高的可逆容量和良好的循环性能。
实施例4
一种NbS2/MXene负极材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取15mmol的五氧化二铌和30mmol的硫粉装在两个单独的刚玉方舟中，分别放置于氦气保护气氛的管式炉中的气流中游和上游，逐步升温至700℃煅烧7h，冷却后收集中游的刚玉方舟中黑色NbS2粉末，真空储存。
(2)将黑色NbS2粉末加入烧杯中，加入10ml的N-甲基吡咯烷酮和10ml的氢氧化钠分散溶剂并充分搅拌形成均匀分布混合液，之后称取10mmol的MXene纳米片(Ti3C2TX)和60ml的水加入烧杯中混合形成悬浊液，在温度50℃的超声波清洗仪中处理6h，然后磁力搅拌12h；
(3)将烧杯的悬浊液移入反应釜内衬，将反应釜密封在250℃烘箱中水热反应18h；
(4)将反应后的反应釜内衬取出，产物用去离子水清洗3次，之后放入离心机在12000r/min条件下离心20min，得到的产物放入真空干燥箱中140℃下6h得到NbS2/MXene复合材料。
称取80mg的NbS2/MXene复合材料、10mg的super P和10mg的聚偏氟乙烯粘结剂混合，加入少量N-甲基吡咯烷酮，搅拌后涂在铜箔上，90℃温度下干燥3h，用切片机将铜箔裁剪圆形作为工作电极，干燥后放入氧和水含量都低于0.4ppm的惰性气氛手套箱中，以金属钾片为对电极，玻璃纤维为隔膜，组装成2032型纽扣电池。
本实施例NbS2/MXene复合材料组装钾离子电池在100mA/g的电流密度下循环100圈仍有272.9mA h/g的可逆容量，本实施案例材料具有高的可逆容量和良好的循环性能。
对比例1
称取80mg的NbS2材料、10mg的super P和10mg的聚偏氟乙烯粘结剂混合，加入少量N-甲基吡咯烷酮，搅拌后涂在铜箔上，90℃温度下干燥3h，用切片机将铜箔裁剪圆形作为工作电极，干燥后放入氧和水含量都低于0.4ppm的惰性气氛手套箱中，以金属钾片为对电极，玻璃纤维为隔膜，组装成2032型纽扣电池。
作为一种有吸引力的电极材料，NbS2高倍率性能和结构稳定性而被用于电池材料研究，其良好的层状晶体结构允许有多种方法来制备二维纳米结构并将其集成到各种应用中。但是，NbS2的局限性：纳米片易团聚且结构不稳定，在充放电循环过程中会导致电化学性能的退化，导电性差，基于插入机制的有限理论容量和循环不稳定极大地限制了其实际应用。
图3为该对比例NbS2材料组装钾离子电池在100mA/g的电流密度下所测的循环性能图。由图可见，NbS2材料组装钾离子电池在100mA/g的电流密度下充放电过程中纳米片易团聚且结构不稳定，比容量在循环20圈后性能衰退。
对比例2
称取80mg的MXene材料、10mg的super P和10mg的聚偏氟乙烯粘结剂混合，加入少量N-甲基吡咯烷酮，搅拌后涂在铜箔上，90℃温度下干燥3h，用切片机将铜箔裁剪圆形作为工作电极，干燥后放入氧和水含量都低于0.4ppm的惰性气氛手套箱中，以金属钾片为对电极，玻璃纤维为隔膜，组装成2032型纽扣电池。
图4为MXene材料组装钾离子电池在100mA/g的电流密度下所测的循环性能图。
由图可见，MXene材料组装钾离子电池在100mA/g的电流密度下充放电过程中良好的循环稳定性，但比容量较小。
NbS2纳米片作为二维过渡金属硫族化合物，各层之间较弱的范德华相互作用提高了钾离子的有效扩散，相对于单独的NbS2材料组装钾离子电池，NbS2/MXene复合材料多层状结构增加了比表面积并防止材料团聚和离子扩散过程的体积明显膨胀，其中较弱的层间相互作用和表面官能团改善了钾离子的转化反应和插层反应，共同促进电极材料的电化学性能提升。相对于单独的MXene材料组装钾离子电池，NbS2/MXene复合材料的NbS2纳米片在MXene材料生长时材料暴露出更多活性边缘位点，提高离子迁移效率，促进电极材料的电化学性能提升。
对比例3
一种硫掺杂MXene负极材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)称量25mg的Ti3C2TX与45mg的硫脲，分别放置于石英舟的两端，将放有硫脲的一端放置在管式炉的上游；
(2)在气体流速大小为160ml/min高纯氩气(纯度≥99.8％)保护氛围下，从室温20℃以1.5℃/min升温至170℃，保持2h后，再以0.5℃/min降温至100℃，在100℃下保持2h，再降到室温，冷却后用去离子水对样品进行洗涤，真空干燥得到最终的样品。
(3)钾离子电池负极制备：称取80mg的硫掺杂MXene电池负极材料、10mg的super P和10mg的聚偏氟乙烯粘结剂混合，加入少量N-甲基吡咯烷酮，搅拌后涂在铜箔上，90℃温度下干燥3h，用切片机将铜箔裁剪圆形作为工作电极，干燥后放入氧和水含量都低于0.4ppm的惰性气氛手套箱中，以金属钾片为对电极，玻璃纤维为隔膜，组装成2032型纽扣电池。
图5为硫掺杂MXene电池负极材料组装钾离子电池在100mA/g的电流密度下所测的循环性能图。
由图可见，硫掺杂MXene电池负极材料组装钾离子电池在100mA/g的电流密度下充放电过程中虽然比容量和循环稳定性有了一定改善，但是比容量仍然明显小于NbS2/MXene复合材料。
以上所述仅为本发明的具体实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明作的等效变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围之中。

Claims (10)

1.一种NbS2/Mxene复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下制备步骤：
(1)将五氧化二铌和硫源在保护气氛，500-700℃下，煅烧5-7h，冷却后收集黑色NbS2粉末，真空储存；
(2)将NbS2粉末分散在溶剂中，制成混合液；
(3)取适量MXene纳米片和水加入步骤(2)所述的混合液中，形成悬浊液；
(4)将步骤(3)所述悬浊液在150-250℃下水热反应12-20h，得到粗产物；
(5)粗产物洗涤，干燥，得到NbS2/MXene复合材料。
2.根据权利要求1所述的NbS2/MXene复合材料的制备方法，其特征在于，所述硫源为硫代乙酰胺、硫粉、硫脲中的一种或多种。
3.权利要求1所述的NbS2/MXene复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中保护气氛为氮气、氦气、氩气中的一种。
4.根据权利要求1所述的NbS2/MXene复合材料的制备方法，其特征在于，所述分散溶剂为N-甲基吡咯烷酮、氢氧化钠、N，N-二甲基甲酰胺中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的NbS2/MXene复合材料的制备方法，其特征在于，所述MXene为Ti3C2TX、Nb2CTX、V3C2TX中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的NbS2/MXene复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)为：取适量MXene纳米片和水加入步骤(2)所述的混合液中，进行超声波清洗，搅拌，形成悬浊液。
7.根据权利要求1所述的NbS2/MXene复合材料的制备方法，其特征在于，五氧化二铌、硫源和MXene纳米片的摩尔比为1：1.5-2.5：1。
8.根据权利要求1所述的NbS2/MXene复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(5)中所述离心为7000-12000r/min下离心5-20min；所述干燥为50-140℃真空干燥6-12h。
9.一种钾离子电池负极，其特征在于，其包括权利要求1-8中任一项所述的制备方法制得的NbS2/MXene复合材料。
10.一种钾离子电池，其特征在于，其包括权利要求9所述的电池负极。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112928342A (zh) * 2021-02-08 2021-06-08 安徽大学 一种多功能锌离子微型电池及其制备方法与应用
CN114220961A (zh) * 2022-02-21 2022-03-22 浙江大学 一种用于钠离子电池的复合纳米材料及其制备方法
CN116217386A (zh) * 2023-02-13 2023-06-06 五邑大学 一种羧酸类化合物及其制备方法与应用

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114784455A (zh) * 2022-04-06 2022-07-22 山东大学 一种隔膜及其制备方法与电池应用
CN115050586B (zh) * 2022-06-27 2024-04-12 陕西科技大学 一种MXene纳米片-黑曲霉菌炭化碳复合材料及其制备方法和应用
CN115498357A (zh) * 2022-07-07 2022-12-20 陕西科技大学 一种基于钽基MXene衍生物的功能复合隔膜及其制备方法和应用
CN116334650A (zh) * 2023-02-23 2023-06-27 之江实验室 MoS2 /MXene/NF复合材料及其制备和应用

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103311546A (zh) * 2013-05-24 2013-09-18 深圳华粤宝电池有限公司 锂离子电池电极片及锂离子电池
CN105826556A (zh) * 2016-03-27 2016-08-03 华南理工大学 一种超薄层状硫化铌及其制备方法与在锂/钠离子电池中的应用
CN108963211A (zh) * 2018-06-28 2018-12-07 上海电力学院 一种碳化钛负载硫化亚锡复合负极材料
CN109183156A (zh) * 2018-11-08 2019-01-11 西北工业大学 一种二硫化物单晶及其制备方法和用途
CN111111722A (zh) * 2020-01-21 2020-05-08 南京航空航天大学 一种电解水用金属硫化物/MXene复合物催化剂及其制备方法
CN111229256A (zh) * 2018-11-28 2020-06-05 中国科学院大连化学物理研究所 一种负载型单层及少层二维过渡金属硫化物催化剂及其制备方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20170067167A1 (en) * 2014-03-06 2017-03-09 True 2 Materials Pte Ltd Method for manufacture of films and foams
CN108516528B (zh) * 2018-04-12 2019-11-08 大连理工大学 一种基于三维MXene的三维复合结构及其通用合成方法
CN109817918B (zh) * 2019-01-22 2022-04-08 五邑大学 硫掺杂MXene复合材料及其制备方法和应用
CN109817921A (zh) * 2019-01-22 2019-05-28 五邑大学 一种硫掺杂MXene负极材料及其制备方法和应用

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103311546A (zh) * 2013-05-24 2013-09-18 深圳华粤宝电池有限公司 锂离子电池电极片及锂离子电池
CN105826556A (zh) * 2016-03-27 2016-08-03 华南理工大学 一种超薄层状硫化铌及其制备方法与在锂/钠离子电池中的应用
CN108963211A (zh) * 2018-06-28 2018-12-07 上海电力学院 一种碳化钛负载硫化亚锡复合负极材料
CN109183156A (zh) * 2018-11-08 2019-01-11 西北工业大学 一种二硫化物单晶及其制备方法和用途
CN111229256A (zh) * 2018-11-28 2020-06-05 中国科学院大连化学物理研究所 一种负载型单层及少层二维过渡金属硫化物催化剂及其制备方法
CN111111722A (zh) * 2020-01-21 2020-05-08 南京航空航天大学 一种电解水用金属硫化物/MXene复合物催化剂及其制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
YONG WANG等: ""Graphene/Group 5 Transition Metal Dichalcogenide Composites for Electrochemical Applications"", 《CHEM. EUR. J.》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112928342A (zh) * 2021-02-08 2021-06-08 安徽大学 一种多功能锌离子微型电池及其制备方法与应用
CN114220961A (zh) * 2022-02-21 2022-03-22 浙江大学 一种用于钠离子电池的复合纳米材料及其制备方法
CN114220961B (zh) * 2022-02-21 2022-07-19 浙江大学 一种用于钠离子电池的复合纳米材料及其制备方法
CN116217386A (zh) * 2023-02-13 2023-06-06 五邑大学 一种羧酸类化合物及其制备方法与应用

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