CN112310385A - 二氧化钼纳米颗粒镶嵌碳纳米片组装银耳状纳米球材料及其制备和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种二氧化钼纳米颗粒镶嵌碳纳米片组装银耳状纳米球材料及其制备和在钠离子电池中的应用。所述材料中，MoO2纳米颗粒镶嵌于非晶态碳纳米片内，碳纳米片交织组装成银耳状纳米球，碳纳米片之间存在大量介孔等孔隙。制备方法：首先通过钼酸铵和盐酸多巴胺的聚合形成前驱体，再通过煅烧进行分解和碳化获得最终产物。本发明可提高MoO2的电化学活性、结构稳定性和循环稳定性，使MoO2具有更高的比容量和更稳定的循环性能。MoO2纳米颗粒镶嵌碳纳米片组装银耳状纳米球作为钠离子电池电极材料具有显著的应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及钠离子电池技术领域，具体涉及二氧化钼纳米颗粒镶嵌碳纳米片组装银耳状纳米球材料及其制备和应用。
背景技术
锂离子电池虽然具有诸多优势，但存在锂资源短缺、成本较高等不足。和锂离子电池相比，钠离子电池因钠资源丰富、成本相对较低、安全性高，是理想的规模储能电源。在钠离子电池的电极材料中，过渡金属氧化物理论比容量高，材料来源广泛、环境友好，吸引了广泛关注。其中，MoO2的理论比容量高达838mAh g-1，并具有8.8×10-5Ω·cm的低电阻率，是一种优秀的钠离子电池电极材料的候选者。不过以MoO2代表的过渡金属氧化物存在体积膨胀大、循环寿命短、倍率性能差等不足，严重制约了其在钠离子电池中的实际应用。
纳米化并与导电材料复合是提高MoO2储钠性能的一种有效方法。公开号为CN111129480A的专利说明书公开了一种具有分级结构的微米级钠离子电池用MoO2/N-C复合材料及其制备方法，但其MoO2的尺寸较大，钠离子电池的性能改善十分有限。2018年Adv.Mater.报道了一种基于盐酸多巴胺聚合法合成的碳纳米片/MoM(M＝P，S，C和O)纳米晶组装的分等级空心纳米球材料(A Universal Strategy for Intimately Coupled CarbonNanosheets/MoM Nanocrystals(M＝P,S,C,and O)Hierarchical Hollow Nanospheresfor Hydrogen Evolution Catalysis and Sodium-Ion Storage,Adv.Mater.2018,30,1706085)，具有优秀的钠离子电池性能，不过空心结构导致该材料的空间利用率极低，不利于获得高的体积能量密度。
发明内容
针对上述技术问题和本领域存在的不足之处，本发明提供了一种二氧化钼纳米颗粒镶嵌碳纳米片组装银耳状纳米球材料。
一种二氧化钼(MoO2)纳米颗粒镶嵌碳纳米片组装银耳状纳米球材料，所述二氧化钼纳米颗粒镶嵌于碳纳米片内，碳纳米片交织组装成银耳状纳米球，所述碳纳米片为非晶态碳。
作为优选，所述二氧化钼纳米颗粒的粒径为3-10nm；
所述碳纳米片的厚度为5-25nm，组装成银耳状纳米球的碳纳米片之间存在空隙和介孔；
所述银耳状纳米球的直径为100-500nm。
作为优选，所述的二氧化钼纳米颗粒镶嵌碳纳米片组装银耳状纳米球材料中，所述二氧化钼纳米颗粒的质量含量为20％-70％，其余为碳。
本发明还提供了所述的二氧化钼纳米颗粒镶嵌碳纳米片组装银耳状纳米球材料的制备方法，包括步骤：
将钼酸铵四水合物加入到无水乙醇和去离子水的混合溶液中，超声搅拌5h，然后加入盐酸多巴胺，继续搅拌10min，再加入NH3浓度为25wt％-28wt％的氨水，10-50℃搅拌反应6h，将反应产物离心分离，洗涤，60℃烘干，烘干产物在氩气保护下，先加热到450℃保温1h，再升温至750℃保温1.5h，最后冷却至室温，获得二氧化钼纳米颗粒镶嵌碳纳米片组装银耳状纳米球；
相对于30mg所述钼酸铵四水合物，所述氨水的用量为0.05-0.3mL。
作为优选，相对于30mg钼酸铵四水合物，所述无水乙醇的用量为15.5mL，所述去离子水的用量为8.5mL，所述盐酸多巴胺的用量为30mg，所述氨水的用量为0.05-0.3mL。
本发明制备方法：首先通过钼酸铵和盐酸多巴胺的聚合形成前驱体，再通过特定煅烧方式，使钼酸根离子分解形成MoO2纳米颗粒，盐酸多巴胺分解形成非晶态碳，形成最终产物。氨水用量是产物形成银耳状纳米球结构的主要原因。
本发明还提供了所述的二氧化钼纳米颗粒镶嵌碳纳米片组装银耳状纳米球材料在钠离子电池中的应用。
在一优选例中，采用本发明的MoO2纳米颗粒镶嵌碳纳米片组装银耳状纳米球材料制作钠离子电池电极：分别称取质量比8:1:1的复合材料、乙炔黑导电剂、聚偏氟乙烯(PVDF)粘结剂，将PVDF溶于适量的1-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)，搅拌至完全溶解，再将研磨均匀的复合材料和乙炔黑加入到上述溶液中，继续搅拌以保证浆料混合均匀。然后把浆料均匀涂覆在圆片铜箔上(直径12mm)，在真空烘箱100℃烘干，最后在压片机上用10MPa的压强压平，即制得电极片。
在充满高纯氩气的手套箱内将制备的电极片与钠片、隔膜组装成CR2025纽扣型钠离子电池。电解液为1mol L-1NaClO4的EC-DMC-FEC电解液，采用新威电池测试系统测试钠离子电池的充放电性能与循环稳定性。
本发明可提高MoO2的电化学活性、结构稳定性和循环稳定性，使MoO2具有高的比容量和稳定的循环性能。
本发明与现有技术相比，主要优点包括：
(1)与空心结构相比，银耳状纳米球具有更高的空间利用率和体积能量密度；碳纳米片之间的交织组装结构具有更高的结构强度，能更好地容纳材料体积变化，因此提高了银耳状纳米球的循环稳定性；这种立体交织组装结构使碳纳米片之间的接触更多，因此提高了银耳状纳米球的电导率和倍率性能；这种立体交织组装结构还含有大量介孔和空隙，方便电解液渗入纳米球内部，满足了内部材料的电化学反应需要，因此确保了MoO2纳米颗粒优秀的储钠性能。
(2)MoO2纳米颗粒镶嵌于碳纳米片内部的复合结构不仅提高了MoO2在充放电过程中的结构稳定性和循环稳定性，还改善了MoO2的电导率，避免了MoO2纳米颗粒的团聚，因此确保了MoO2高的电化学活性、稳定的循环性能和高的比容量。
附图说明
图1为实施例1制备的MoO2纳米颗粒镶嵌碳纳米片组装银耳状纳米球的SEM照片；
图2为实施例1制备的MoO2纳米颗粒镶嵌碳纳米片组装银耳状纳米球的TEM照片；
图3为实施例1制备的MoO2纳米颗粒镶嵌碳纳米片组装银耳状纳米球的HRTEM照片；
图4为实施例1制备的MoO2纳米颗粒镶嵌碳纳米片组装银耳状纳米球材料在电流密度1000mA g-1的循环性能图；
图5为实施例1制备的MoO2纳米颗粒镶嵌碳纳米片组装银耳状纳米球材料的倍率性能图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的操作方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。
实施例1
将30mg钼酸铵四水合物加入到15.5mL无水乙醇和8.5mL去离子水组成的混合溶液中，超声搅拌5h；然后加入30mg盐酸多巴胺，继续搅拌10min；再加入0.1mL NH3浓度标示为25wt％的市售氨水，25℃下搅拌反应6h；将反应产物离心分离，用无水乙醇洗3遍，60℃烘干。将烘干产物置于石英管式炉，在氩气保护下，先加热到450℃保温1h，再升温至750℃保温1.5h，然后冷却至室温，获得MoO2纳米颗粒镶嵌碳纳米片组装银耳状纳米球。
图1是合成的MoO2纳米颗粒镶嵌碳纳米片组装银耳状纳米球的SEM照片，可以看到产物呈均匀的纳米球，直径大约150-250nm。纳米球的表面不光滑，显示很多纳米片交织在一起。此外纳米球没有团聚。图2是其TEM照片，可以看到纳米球是由纳米片组装形成，像泡发的银耳球。纳米球内部没有显示空心球壳的结构，说明内部不是空心，而是由纳米片交织组装形成，在纳米片之间有大量空隙与介孔，纳米片的厚度大约10nm。图3是对纳米片进行高分辨观察获得的HRTEM照片，可以看到一些纳米晶镶嵌在非晶态基底上。显示晶纹的纳米晶是MoO2，粒径大约5nm。非晶态基底是碳。能谱分析表明MoO2的质量含量是49.23％，其余为碳。
采用本实施例的MoO2纳米颗粒镶嵌碳纳米片组装银耳状纳米球材料制作钠离子电池电极：分别称取质量比8:1:1的复合材料、乙炔黑导电剂、聚偏氟乙烯(PVDF)粘结剂，将PVDF溶于适量的1-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)，搅拌至完全溶解，再将研磨均匀的复合材料和乙炔黑加入到上述溶液中，继续搅拌以保证浆料混合均匀。然后把浆料均匀涂覆在圆片铜箔上(直径12mm)，在真空烘箱100℃烘干，最后在压片机上用10MPa的压强压平，即制得电极片。
在充满高纯氩气的手套箱内将制备的电极片与钠片、隔膜组装成CR2025纽扣型钠离子电池。电解液为1mol L-1NaClO4的EC-DMC-FEC电解液，采用新威电池测试系统测试钠离子电池的充放电性能与循环稳定性。充放电电流密度1000mA g-1，电压范围0.01～3.0V。
图4是MoO2纳米颗粒镶嵌碳纳米片组装银耳状纳米球材料在电流密度1000mA g-1的循环性能图。第1个循环的放电比容量是514mAh g-1，随后放电比容量缓慢下降，到第200个循环放电比容量下降到393mAh g-1。200个循环的平均放电比容量是421mAh g-1。MoO2纳米颗粒镶嵌碳纳米片组装银耳状纳米球的放电比容量和循环稳定性优于公开号为CN111129480A和CN106115785A的专利技术，以及Wenguang Zhang等人的工作(Improvingthe cyclic stability of MoO2 anode for sodium ion batteries via film-formingelectrolyte additive,Journal of Alloys and Compounds 822(2020)153530)。
图5是MoO2纳米颗粒镶嵌碳纳米片组装银耳状纳米球材料的倍率性能图。在200，500，1000，2000和4000mA g-1的电流密度下，银耳状纳米球材料的平均放电比容量是582，514，407，348和280mAh g-1，显示出优秀的倍率能力。当电流密度降低到500mA g-1，放电比容量恢复到498mAh g-1，恢复率达96.9％，说明MoO2纳米颗粒镶嵌碳纳米片组装银耳状纳米球材料具有良好的结构稳定性和循环稳定性，能够进行大电流充放电反应。
实施例2
将30mg钼酸铵四水合物加入到15.5mL无水乙醇和8.5mL去离子水组成的混合溶液中，超声搅拌5h；然后加入30mg盐酸多巴胺，继续搅拌10min；再加入0.2mL NH3浓度标示为25wt％的市售氨水，25℃下搅拌反应6h；将反应产物离心分离，用无水乙醇洗3遍，60℃烘干。将烘干产物置于石英管式炉，在氩气保护下，先加热到450℃保温1h，再升温至750℃保温1.5h，然后冷却至室温，获得MoO2纳米颗粒镶嵌碳纳米片组装银耳状纳米球。
产物MoO2纳米颗粒镶嵌碳纳米片组装银耳状纳米球的微结构与实施例1相同，主要区别是碳纳米片变厚为约15nm，纳米球内部孔隙减小，纳米球变得更致密。
采用与实施例1相同的工艺制作钠离子电池电极，装配成钠离子电池，以电流密度1000mA g-1，0.01～3.0V电压范围进行循环充放电测试。第1个循环的放电比容量是458mAhg-1，随后放电容量缓慢下降，到第200个循环放电比容量下降到342mAh g-1。200个循环的平均放电比容量是375mAh g-1。
实施例3
将30mg钼酸铵四水合物加入到15.5mL无水乙醇和8.5mL去离子水组成的混合溶液中，超声搅拌5h；然后加入30mg盐酸多巴胺，继续搅拌10min；再加入0.1mL NH3浓度标示为25wt％的市售氨水，45℃下搅拌反应6h；将反应产物离心分离，用无水乙醇洗3遍，60℃烘干。将烘干产物置于石英管式炉，在氩气保护下，先加热到450℃保温1h，再升温至750℃保温1.5h，然后冷却至室温，获得MoO2纳米颗粒镶嵌碳纳米片组装银耳状纳米球。
产物MoO2纳米颗粒镶嵌碳纳米片组装银耳状纳米球的微结构与实施例1相同，主要区别是银耳状纳米球长大，直径变为250-350nm。
采用与实施例1相同的工艺制作钠离子电池电极，装配成钠离子电池，以电流密度1000mA g-1，0.01～3.0V电压范围进行循环充放电测试。第1个循环放电比容量是442mAh g-1，随后放电容量缓慢下降，到第200个循环放电比容量下降到325mAh g-1。200个循环的平均放电比容量是356mAh g-1。
此外应理解，在阅读了本发明的上述描述内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
Claims (6)
1.一种二氧化钼纳米颗粒镶嵌碳纳米片组装银耳状纳米球材料，其特征在于，所述二氧化钼纳米颗粒镶嵌于碳纳米片内，碳纳米片交织组装成银耳状纳米球，所述碳纳米片为非晶态碳。
2.根据权利要求1所述的二氧化钼纳米颗粒镶嵌碳纳米片组装银耳状纳米球材料，其特征在于，所述二氧化钼纳米颗粒的粒径为3-10nm；
所述碳纳米片的厚度为5-25nm，组装成银耳状纳米球的碳纳米片之间存在空隙和介孔；
所述银耳状纳米球的直径为100-500nm。
3.根据权利要求1或2所述的二氧化钼纳米颗粒镶嵌碳纳米片组装银耳状纳米球材料，其特征在于，所述二氧化钼纳米颗粒的质量含量为20％-70％，其余为碳。
4.根据权利要求1～3任一权利要求所述的二氧化钼纳米颗粒镶嵌碳纳米片组装银耳状纳米球材料的制备方法，其特征在于，包括步骤：
将钼酸铵四水合物加入到无水乙醇和去离子水的混合溶液中，超声搅拌5h，然后加入盐酸多巴胺，继续搅拌10min，再加入NH3浓度为25wt％-28wt％的氨水，10-50℃搅拌反应6h，将反应产物离心分离，洗涤，60℃烘干，烘干产物在氩气保护下，先加热到450℃保温1h，再升温至750℃保温1.5h，最后冷却至室温，获得二氧化钼纳米颗粒镶嵌碳纳米片组装银耳状纳米球；
相对于30mg所述钼酸铵四水合物，所述氨水的用量为0.05-0.3mL。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，相对于30mg钼酸铵四水合物，所述无水乙醇的用量为15.5mL，所述去离子水的用量为8.5mL，所述盐酸多巴胺的用量为30mg。
6.根据权利要求1～3任一权利要求所述的二氧化钼纳米颗粒镶嵌碳纳米片组装银耳状纳米球材料在钠离子电池中的应用。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115321598A (zh) * | 2022-09-23 | 2022-11-11 | 西安稀有金属材料研究院有限公司 | 低成本、高分散、高孔隙和高纯超细三氧化钼的制备方法 |
| CN115849447A (zh) * | 2022-12-14 | 2023-03-28 | 扬州大学 | 一种二氧化钼@二氧化钛@氮掺杂碳纳米复合材料及其锂离子电池负极的制备方法 |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103038924A (zh) * | 2010-06-17 | 2013-04-10 | 国立科学研究中心 | 用于制备锂电池或钠电池的方法 |
| CN104577072A (zh) * | 2015-01-29 | 2015-04-29 | 陕西科技大学 | 一种氧化石墨烯基MoO2高性能锂/钠离子电池电极材料的制备方法 |
| CN104795545A (zh) * | 2015-04-14 | 2015-07-22 | 华东理工大学 | 一种二氧化钼量子点嵌入介孔碳纳米片的复合电极材料及其制备方法和应用 |
| CN106115785A (zh) * | 2016-06-24 | 2016-11-16 | 陕西科技大学 | 一种纯相MoO2钠离子电池负极材料及其制备方法 |
| CN109473650A (zh) * | 2018-11-09 | 2019-03-15 | 东北大学秦皇岛分校 | 一种MoO2/rGO复合材料及其制备方法和应用 |
| CN111036095A (zh) * | 2019-12-31 | 2020-04-21 | 济南大学 | 一种柔性自支撑MoO2@C纳米纤维薄膜材料及其制备方法和应用 |
| CN111129475A (zh) * | 2020-01-15 | 2020-05-08 | 扬州大学 | 一种二氧化钼/碳/二氧化硅纳米球的制备方法及其锂离子电池的负极材料 |
| CN111129480A (zh) * | 2019-12-20 | 2020-05-08 | 河南师范大学 | 一种钠离子电池用MoO2/N-C复合电极材料的制备方法 |
| CN111747449A (zh) * | 2020-07-17 | 2020-10-09 | 武汉理工大学 | 片状碳基质内部均匀桥接超细MoO2纳米颗粒的电极材料及其制备方法和应用 |
-
2020
- 2020-10-12 CN CN202011086126.7A patent/CN112310385A/zh active Pending
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103038924A (zh) * | 2010-06-17 | 2013-04-10 | 国立科学研究中心 | 用于制备锂电池或钠电池的方法 |
| CN104577072A (zh) * | 2015-01-29 | 2015-04-29 | 陕西科技大学 | 一种氧化石墨烯基MoO2高性能锂/钠离子电池电极材料的制备方法 |
| CN104795545A (zh) * | 2015-04-14 | 2015-07-22 | 华东理工大学 | 一种二氧化钼量子点嵌入介孔碳纳米片的复合电极材料及其制备方法和应用 |
| CN106115785A (zh) * | 2016-06-24 | 2016-11-16 | 陕西科技大学 | 一种纯相MoO2钠离子电池负极材料及其制备方法 |
| CN109473650A (zh) * | 2018-11-09 | 2019-03-15 | 东北大学秦皇岛分校 | 一种MoO2/rGO复合材料及其制备方法和应用 |
| CN111129480A (zh) * | 2019-12-20 | 2020-05-08 | 河南师范大学 | 一种钠离子电池用MoO2/N-C复合电极材料的制备方法 |
| CN111036095A (zh) * | 2019-12-31 | 2020-04-21 | 济南大学 | 一种柔性自支撑MoO2@C纳米纤维薄膜材料及其制备方法和应用 |
| CN111129475A (zh) * | 2020-01-15 | 2020-05-08 | 扬州大学 | 一种二氧化钼/碳/二氧化硅纳米球的制备方法及其锂离子电池的负极材料 |
| CN111747449A (zh) * | 2020-07-17 | 2020-10-09 | 武汉理工大学 | 片状碳基质内部均匀桥接超细MoO2纳米颗粒的电极材料及其制备方法和应用 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| CHUNLI WANG: "Formation of Mo–Polydopamine Hollow Spheres and Their Conversions to MoO2/C and Mo2C/C for Efficient Electrochemical Energy Storage and Catalyst", 《SMALL》 * |
| PENG ZHANG: "3D Hierarchical Carbon Microflowers decorated with MoO2 Nanoparticles for lithium ion batteries", 《ELECTROCHIMICA ACTA》 * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115321598A (zh) * | 2022-09-23 | 2022-11-11 | 西安稀有金属材料研究院有限公司 | 低成本、高分散、高孔隙和高纯超细三氧化钼的制备方法 |
| CN115321598B (zh) * | 2022-09-23 | 2023-10-20 | 西安稀有金属材料研究院有限公司 | 低成本、高分散、高孔隙和高纯超细三氧化钼的制备方法 |
| CN115849447A (zh) * | 2022-12-14 | 2023-03-28 | 扬州大学 | 一种二氧化钼@二氧化钛@氮掺杂碳纳米复合材料及其锂离子电池负极的制备方法 |
| CN115849447B (zh) * | 2022-12-14 | 2023-11-07 | 扬州大学 | 一种二氧化钼@二氧化钛@氮掺杂碳纳米复合材料及其锂离子电池负极的制备方法 |
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