CN112758985A - 一种ws2/氮掺杂碳的复合材料、其制备方法及其应用 - Google Patents

一种ws2/氮掺杂碳的复合材料、其制备方法及其应用 Download PDF

Info

Publication number
CN112758985A
CN112758985A CN201911106846.2A CN201911106846A CN112758985A CN 112758985 A CN112758985 A CN 112758985A CN 201911106846 A CN201911106846 A CN 201911106846A CN 112758985 A CN112758985 A CN 112758985A
Authority
CN
China
Prior art keywords
nitrogen
source
composite material
carbon
doped carbon
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201911106846.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112758985B (zh
Inventor
胡翔
温珍海
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujian Institute of Research on the Structure of Matter of CAS
Original Assignee
Fujian Institute of Research on the Structure of Matter of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fujian Institute of Research on the Structure of Matter of CAS filed Critical Fujian Institute of Research on the Structure of Matter of CAS
Publication of CN112758985A publication Critical patent/CN112758985A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112758985B publication Critical patent/CN112758985B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G41/00—Compounds of tungsten
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/05—Preparation or purification of carbon not covered by groups C01B32/15, C01B32/20, C01B32/25, C01B32/30
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/054—Accumulators with insertion or intercalation of metals other than lithium, e.g. with magnesium or aluminium
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/136—Electrodes based on inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/58—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
    • H01M4/581—Chalcogenides or intercalation compounds thereof
    • H01M4/5815—Sulfides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/624—Electric conductive fillers
    • H01M4/625—Carbon or graphite
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
    • C01P2002/70—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data
    • C01P2002/72—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data by d-values or two theta-values, e.g. as X-ray diagram
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/01—Particle morphology depicted by an image
    • C01P2004/03—Particle morphology depicted by an image obtained by SEM
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/01—Particle morphology depicted by an image
    • C01P2004/04—Particle morphology depicted by an image obtained by TEM, STEM, STM or AFM
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/20—Particle morphology extending in two dimensions, e.g. plate-like
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/30—Particle morphology extending in three dimensions
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/80—Particles consisting of a mixture of two or more inorganic phases
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/40—Electric properties
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

本申请公开了一种WS2/氮掺杂碳的复合材料、其制备方法及其应用。一种WS2/氮掺杂碳的复合材料的制备方法，将含有钨源、硫源、氮源、碳源和表面活性剂的前驱体溶液经水热反应、热处理，即得到所述WS2/氮掺杂碳的复合材料。由该方法制得的WS2/氮掺杂碳的复合材料具有三维分级空心微米花结构的外观形态，内部为氮掺杂碳与WS2层层堆叠的超结构，具有少层(1‑3层)且层间距扩大的WS2纳米片特点。该材料不仅改善了WS2的的导电性，而且为WS2在与钠离子嵌入/脱出过程中所产生的体积膨胀提供有效的缓冲空间，大大改善了其作为钠离子电池负极材料的电化学性能。

Description

一种WS2/氮掺杂碳的复合材料、其制备方法及其应用
技术领域
本发明涉及材料领域，具体涉及一种三维分级空心微米花结构的WS2/氮掺杂碳的复合材料。
背景技术
锂离子电池凭借其能力密度高、循环寿命长等优点在电化学储能领域中占据重要的地位，并且已广泛应用于便捷式电子设备、电动汽车、混合动力汽车等商品中。然而，随着锂离子电池的大规模商业化应用，锂资源匮乏的问题越发严重，且价格居高不下。近年来，与锂具有相似的理化性质的钠离子电池受到研究者们的广泛关注，同时因其储量丰富，价格低廉的优势，使得钠离子电池在大规模储能应用中具有更大的市场竞争优势，也是成为替代锂离子电池的理想选择。但是钠离子质量较重且半径比锂大，导致钠离子在电极材料中的嵌入脱出更加困难，因此，开发合适的钠离子储存电极材料是当前是钠离子电池最主要的研究方向。
层状金属二硫化钨(WS2)是一种靠层间弱的范德华力相互作用，层内靠钨原子核硫原子之间强的共价键结合的半导体材料，且其较大本征层间距(0.62nm)有利于钠离子在电化学反应过程中的嵌入脱出，受到科学工作者的的广泛关注。但是，由于其本身半导体的导电性较差，多层堆叠的结构在钠离子嵌入脱出过程中极易引起大的体积变化，从而引起电极材料结构的破坏，导致较差的倍率性能和循环稳定性，大大制约了它的实际应用。因此，如何改善WS2的导电性以及获得稳定的电极结构，从而获得高比容量、长循环稳定性能的WS2钠离子电池负极材料显得至关重要，这也是当前研究领域的热门话题。
发明内容
根据本申请的一个方面，提供了一种WS2/氮掺杂碳的复合材料，通过将少层(1-3层)且层间距扩大的WS2纳米片与氮掺杂的碳基质复合并且构筑成三维分级空心微米花结构，组成的三维分级结构不仅改善WS2纳米片的导电性，产生优异的倍率性能，而且为WS2在与钠离子转换反应过程所产生的体积变化提供充足的缓冲空间，为稳定电极材料的结构在循环过程中提供有力保障，从而获得良好的循环稳定性能；另外，三维分级空心结构有利于改善电解液在电极材料内部的渗透问题，少层且层间距扩大的WS2纳米片也大大缩减了钠离子的扩散路径，增大钠离子与WS2活性材料的接触位点，从而获得高的比容量，因此大大提高了WS2作为钠离子电池负极材料的电化学性能。此方法生产工艺简单，环境友好，产品产率高，易于工业放大，实现商业化。
一种WS2/氮掺杂碳的复合材料，其特征在于，所述WS2/氮掺杂碳的复合材料为WS2纳米片与氮掺杂的碳基质复合形成的三维分级空心微米花。
可选地，所述三维分级空心微米花的粒径为1～2μm。
可选地，所述WS2纳米片为1～3层；所述WS2纳米片的层间距为0.92nm。
根据本申请的另一方面，提供一种WS2/氮掺杂碳的复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将含有钨源、硫源、氮源、碳源和表面活性剂的前驱体溶液经水热反应、热处理，即得到所述WS2/氮掺杂碳的复合材料。
可选地，所述钨源包括钨酸钠、钨酸钾、钨酸铵中的至少一种。
可选地，所述硫源包括硫代乙酰胺、硫脲中的至少一种。
可选地，所述前驱体溶液中的碳源和氮源包括同时含有碳和氮的物质。
具体地，同时含有碳和氮的物质即一种物质同时包含了碳元素和氮元素。
可选地，所述碳源和氮源包括多巴胺、苯乙胺中的至少一种。
可选地，所述表面活性剂包括三嵌段共聚物F127(PEO106-PPO70-PEO106)、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)中的至少一种。
可选地，所述钨源、硫源、同时含有碳和氮的物质和表面活性剂的质量比为6～8：2～4：4～5：2～3。
可选地，所述钨源、硫源、同时含有碳和氮的物质和表面活性剂的质量比为5～8：2～5：3～6：2～3。
可选地，所述钨源、硫源、同时含有碳和氮的物质和表面活性剂的质量比为5～6：2～5：3～6：2～3。
可选地，含有钨源、硫源、氮源、碳源和表面活性剂的前驱体溶液中，钨源的浓度为10～20mg/mL；硫源的浓度为5～10mg/mL；同时含有碳和氮的物质的浓度为4～6mg/mL；表面活性剂的浓度为2～4mg/mL。
可选地，所述水热反应的温度为200～250℃；所述水热反应的时间为16～36h。
可选地，所述水热反应的温度为200～250℃；所述水热反应的时间为12～36h。
可选地，所述水热反应的温度的上限选自210℃、220℃、230℃、240℃或250℃；下限选自200℃、210℃、220℃、230℃或240℃。
可选地，所述水热反应的时间的上限选自16h、20h、24h、28h、32h或36h；下限选自12h、16h、20h、24h、28h或32h。
可选地，所述热处理的温度为700～800℃；所述热处理的时间为1～3h。
可选地，所述热处理的温度的上限选自725℃、750℃、775℃或800℃；下限选自700℃、725℃、750℃或775℃。
可选地，所述热处理的时间的上限选自1.5h、2h、2.5h或3h；下限选自1h、1.5h、2h或2.5h。
进一步可选地，所述热处理的条件为：惰性气氛下，升温速率1～3℃/min，热处理温度700～800℃，热处理时间1～3h。
可选地，所述升温速率的上限选自1.5℃/min、2℃/min、2.5℃/min或3℃/min；下限选自1℃/min、1.5℃/min、2℃/min或2.5℃/min。
可选地，至少包括以下步骤：
(a)获得含有钨源、硫源、氮源、碳源和表面活性剂的前驱体溶液；
(b)将(a)中的前驱体溶液进行水热反应；
(d)将(c)中水热反应产物经分离、干燥后，在惰性气氛中热处理，得到所述WS2/氮掺杂碳复合材料。
可选地，所述步骤(a)包括：
(a1)将钨源、硫源加入醇和水的混合溶液中，获得均一的钨源和硫源的溶液；
(a2)将表面活性剂、含有氮和碳的物质加入步骤(a1)中的溶液中，混合均匀后，得到前驱体溶液。
可选地，所述醇选自乙醇、甲醇、乙二醇中的至少一种。
根据本申请的又一方面，提供一种负极电极片，含有上述所述的WS2/氮掺杂碳的复合材料、根据上述任一所述的制备方法得到的WS2/氮掺杂碳的复合材料。
可选地，将含有上述所述的WS2/氮掺杂碳的复合材料、根据上述任一所述的制备方法得到的WS2/氮掺杂碳的复合材料、导电剂、粘结剂的混合浆料，涂覆在铜箔上，高温处理，切片，得到所述负极电极片。
可选地，在所述混合浆料中，WS2/氮掺杂碳的复合材料粉末、导电剂和粘结剂的质量比为7～9：0.5～1.5：0.5～1.5。
具体地，将活性材料WS2/氮掺杂碳的复合材料粉末、导电剂(Super P)和粘结剂(羧甲基纤维素钠CMC)以8:1:1的质量比研磨均匀后加入少量去离子水制成浆料，用涂膜器将浆料涂于铜箔上，然后将其在真空干燥箱中以100℃保温24h，然后将干燥好的电极片用切片机切成直径为12mm的电极片。
根据本申请的又一方面，提供一种钠离子半电池，包括上述所述的负极电极片。
本申请中，“同时含有碳和氮的物质”，是指同时含有碳元素和氮元素的物质。
本发明能产生的有益效果包括：
本发明以Na2WO4·2H2O为钨源，以硫代乙酰胺为硫源，以三嵌段共聚物F127为表面活性剂和多巴胺为氮源和碳源，通过水热反应并随后热处理的过程，得到三维分级空心微米花结构的WS2/氮掺杂碳复合材料。此制备方法简单，不需要使用文献通常用的模板法制备空心结构，而是采用自组装的方式获得微米花的外观形态，内部则是由于奥斯瓦尔德熟化基质获得空心结构。结构上有多重有利于钠离子储存的优势，这种复合材料通过WS2纳米片与氮掺杂的碳基质很好的复合，会大大提高WS2材料的导电性能，同时三维分级空心结构又能很好的改善WS2在电化学反应过程中的体积效应，从而获得优异的电化学性能。另外，此方法生产工艺简单，环境友好，产品产率高，易于工业放大，实现商业化。
附图说明
图1是1#样品的X射线衍射图。
图2是1#样品的场发射扫描电镜图。
图3是1#样品的透射电镜电镜图。
图4是1#样品的高分辨率透射电镜电镜图。
图5是采用1#样品所制备的电极材料以0.1mv/s的循环伏安图。
图6是采用1#样品所制备的电极材料以0.1A/g的恒流充放电曲线图。
图7是采用1#样品所制备的电极材料的电化学循环性能图。
图8是采用1#样品所制备的电极材料的电化学倍率性能图。
具体实施方式
下面结合实施例详述本申请，但本申请并不局限于这些实施例。
如无特别说明，本申请的实施例中的原料均通过商业途径购买。
本申请中，X射线衍射分析采用Miniflex 600粉末X射线衍射仪；
场发射扫描电镜分析采用Hitachi SU-8020型号的场发射扫描电子显微镜仪器；
透射电镜和高分辨率透射电镜分析采用Tecnai F20型号的场发射透射电镜仪器；
电化学性能测试采用上海辰华公司的CHI760E电化学工作站以及武汉LANDCT2001电池测试系统进行测试。
实施例中，“WS2/NC”指WS2/氮掺杂碳的复合材料。
实施例1
1#样品的制备；
在20ml乙醇和40ml去离子水混合溶液中加入2mmol Na2WO4·2H2O和4mmol硫代乙酰胺，搅拌30min获得均一的溶液；将上述混合溶液中加入0.24g的表面活性剂三嵌段共聚物F127和0.5g多巴胺，继续搅拌30min，得到前驱体溶液；将上述前驱体溶液放入高压反应釜以220℃进行水热反应24h，将水热反应后的产物进行离心并在真空干燥箱60℃干燥，之后在氢氩混合气氛的管式炉中，以1℃/min的升温速率升温至750℃热处理2h，冷却至室温，得到最终产物WS2/NC，记作1#样品。
实施例2-7
实施例2-7的操作如实施例1，不同的是改变加入的原料类型和数量，以及水热反应条件等。并对相应实施例获得的样品进行编号。具体见表1。
表1不同条件下制备出的WS2/NC样品
Figure BDA0002271572290000061
实施例8
分别对1#～7#样品进行X射线衍射分析。
以1#样品为典型代表，图1为样品1#的XRD图，从图1可以看出，在衍射角度为14.3°属于层状结构WS2的(002)晶面的峰消失，可以说明获得的WS2/NC复合材料发生了层间距扩大的变化。
2#～7#样品的X射线衍射分析图和1#样品的X射线衍射分析图相似。
实施例9
分别对1#～7#样品进行场发射扫描电镜分析、透射电镜分析和高分辨率透射电镜分析。
以1#样品为典型代表，图2为1#样品的场发射扫描电镜图，可以看出所制备的获得的复合材料外观是由纳米化组装成的微米花形态，图3为1#样品的透射电镜电镜图，说明此复合材料为空心结构，图4为1#样品的高分辨率透射电镜电镜图，表现出为1-3层的少层状态，层间距由本征的0.62nm扩大至0.92nm。
2#～7#样品的场发射扫描电镜分析、透射电镜分析和高分辨率透射电镜分析图和1#样品的相似。
实施例10
性能测试
将1#样品粉末、导电剂(Super P)和粘结剂(羧甲基纤维素钠CMC)以8:1:1的质量比(共计100g)研磨均匀后加入1ml去离子水制成浆料，用涂膜器将浆料涂于铜箔上，然后将其在真空干燥箱中以100℃保温24h。然后将干燥好的电极片用切片机切成直径为12mm的电极片，最后将电极片在手套箱中以金属钠为对电极组装成钠离子纽扣式电池。
对该纽扣电池进行性能测试。
从循环伏安图5可以看出，第一圈，在1.22V和0.48V的还原峰，表现为钠离子嵌入到WS2层间中发生转化反应，并且伴随着固态电解质膜的产生，在1.88,2.25,和2.56V处出现氧化峰，随后的几圈循环重合性较好，说明发生稳定的电化学反应。
图6在0.1A/g的电流密度下，获得首圈为706mAh g-1的放电容量和477mAh g-1的充电容量。
图7说明在0.1A/g的电流密度下循环两百圈后容量可以维持在473mAh g-1的比容量，可逆容量的保有率高达99.1％，库伦效率接近100％。
图8倍率性能图可以看出在不同电流密度下的10次循环比容量几乎没有衰减，且经过大电流密度8A/g测试之后，回到小电流密度0.1A/g时，比容量依然可以与开始0.1A/g的10次循环比容量保持，说明此复合材料获得优异的倍率性能。
上述结果表明这种独特的三维分级空心结构很好的改善了WS2本身所存在的导电性以及循环过程所产生的体积效应问题，从而获得优异的钠离子储存性能。
以上所述，仅是本申请的几个实施例，并非对本申请做任何形式的限制，虽然本申请以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。

Claims (10)

1.一种WS2/氮掺杂碳的复合材料，其特征在于，所述WS2/氮掺杂碳的复合材料为WS2纳米片与氮掺杂的碳基质复合形成的三维分级空心微米花。
2.根据权利要求1所述的WS2/氮掺杂碳的复合材料，其特征在于，所述三维分级空心微米花的粒径为1～2μm；
优选地，所述WS2纳米片为1～3层；所述WS2纳米片的层间距为0.92nm。
3.权利要求1或2所述的WS2/氮掺杂碳的复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将含有钨源、硫源、氮源、碳源和表面活性剂的前驱体溶液经水热反应、热处理，即得到所述WS2/氮掺杂碳的复合材料。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述钨源包括钨酸钠、钨酸钾、钨酸铵中的至少一种；
所述硫源包括硫代乙酰胺、硫脲的至少一种；
所述前驱体溶液中的碳源和氮源包括同时含有碳和氮的物质；
所述碳源和氮源包括多巴胺、苯乙胺中的至少一种；
所述表面活性剂包括三嵌段共聚物F127、十六烷基三甲基溴化铵中的至少一种。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述钨源、硫源、同时含有碳和氮的物质、表面活性剂的质量比为5～8：2～5：3～6：2～3；
优选地，含有钨源、硫源、氮源、碳源和表面活性剂的前驱体溶液中，钨源的浓度为10～20mg/mL；
硫源的浓度为5～10mg/mL；
同时含有碳和氮的物质的浓度为4～6mg/mL；
表面活性剂的浓度为2～4mg/mL。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述水热反应的温度为200～250℃；所述水热反应的时间为12～36h；
优选地，所述热处理的温度为700～800℃；所述热处理的时间为1～3h；
进一步优选地，所述热处理的条件为：惰性气氛下，升温速率1～3℃/min，热处理温度700～800℃，热处理时间1～3h。
7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，至少包括以下步骤：
(a)获得含有钨源、硫源、氮源、碳源和表面活性剂的前驱体溶液；
(b)将(a)中的前驱体溶液进行水热反应；
(c)将(b)中水热反应产物经分离、干燥后，在惰性气氛中热处理，得到所述WS2/氮掺杂碳的复合材料。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(a)包括：
(a1)将钨源、硫源加入醇和水的混合溶液中，获得均一的钨源和硫源的溶液；
(a2)将表面活性剂、含有氮和碳的物质加入步骤(a1)中的溶液中，混合均匀后，得到前驱体溶液；
优选地，所述醇选自乙醇、甲醇、乙二醇中的至少一种。
9.一种负极电极片，其特征在于，含有权利要求1或2所述的WS2/氮掺杂碳的复合材料、根据权利要求3至8中任一项所述的制备方法得到的WS2/氮掺杂碳的复合材料。
10.一种钠离子半电池，其特征在于，包括权利要求9所述的负极电极片。
CN201911106846.2A 2019-10-21 2019-11-13 一种ws2/氮掺杂碳的复合材料、其制备方法及其应用 Active CN112758985B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911002095 2019-10-21
CN201911002095X 2019-10-21

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112758985A true CN112758985A (zh) 2021-05-07
CN112758985B CN112758985B (zh) 2022-03-22

Family

ID=75692836

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911106846.2A Active CN112758985B (zh) 2019-10-21 2019-11-13 一种ws2/氮掺杂碳的复合材料、其制备方法及其应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112758985B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114784244A (zh) * 2022-04-21 2022-07-22 陕西科技大学 一种三维中空ws2/c复合电极材料及其制备方法和应用

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105322147A (zh) * 2015-09-28 2016-02-10 复旦大学 一种二硫化钨/碳纳米纤维/石墨烯复合材料及其制备方法
US20170125800A1 (en) * 2014-06-11 2017-05-04 Suzhou Institute Of Nano-Tech And Nano-Bionics, Chinese Academy Of Science Nitrogen-doped graphene coated nano sulfur positive electrode composite material, preparation method, and application thereof
CN107226476A (zh) * 2016-09-28 2017-10-03 西安交通大学 一种微球表面包覆二维薄层材料及其剥离的简单方法
CN107799757A (zh) * 2017-10-31 2018-03-13 青岛大学 一种MoS2/氮掺杂碳管复合材料及其制备方法和应用
CN109273691A (zh) * 2018-09-25 2019-01-25 岭南师范学院 一种二硫化钼/氮掺杂碳复合材料及其制备方法与应用
CN109449410A (zh) * 2018-10-30 2019-03-08 陕西科技大学 一种氮、硫共掺杂二硫化钨钠离子电池负极材料的制备方法
CN109546139A (zh) * 2019-01-07 2019-03-29 合肥学院 一种金属硫化物/碳复合材料、制备方法及其在电池负极材料中的应用
CN109926086A (zh) * 2019-04-10 2019-06-25 中国地质大学（北京） 氮掺杂碳泡沫@ws2纳米片三维网络复合结构的制备方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20170125800A1 (en) * 2014-06-11 2017-05-04 Suzhou Institute Of Nano-Tech And Nano-Bionics, Chinese Academy Of Science Nitrogen-doped graphene coated nano sulfur positive electrode composite material, preparation method, and application thereof
CN105322147A (zh) * 2015-09-28 2016-02-10 复旦大学 一种二硫化钨/碳纳米纤维/石墨烯复合材料及其制备方法
CN107226476A (zh) * 2016-09-28 2017-10-03 西安交通大学 一种微球表面包覆二维薄层材料及其剥离的简单方法
CN107799757A (zh) * 2017-10-31 2018-03-13 青岛大学 一种MoS2/氮掺杂碳管复合材料及其制备方法和应用
CN109273691A (zh) * 2018-09-25 2019-01-25 岭南师范学院 一种二硫化钼/氮掺杂碳复合材料及其制备方法与应用
CN109449410A (zh) * 2018-10-30 2019-03-08 陕西科技大学 一种氮、硫共掺杂二硫化钨钠离子电池负极材料的制备方法
CN109546139A (zh) * 2019-01-07 2019-03-29 合肥学院 一种金属硫化物/碳复合材料、制备方法及其在电池负极材料中的应用
CN109926086A (zh) * 2019-04-10 2019-06-25 中国地质大学（北京） 氮掺杂碳泡沫@ws2纳米片三维网络复合结构的制备方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
TINGTING LI等: "Innovative N-doped graphene-coated WS2 nanosheets on graphene hollow spheres anode with double-sided protective structure for Li-Ion storage", 《ELECTROCHIMICA ACTA》 *
XIAOHUI ZENG等: "Hierarchical Nanocomposite of Hollow N‑Doped Carbon Spheres Decorated with Ultrathin WS2 Nanosheets for High-Performance Lithium-Ion Battery Anode", 《ACS APPL. MATER. INTERFACES》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114784244A (zh) * 2022-04-21 2022-07-22 陕西科技大学 一种三维中空ws2/c复合电极材料及其制备方法和应用

Also Published As

Publication number Publication date
CN112758985B (zh) 2022-03-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Ke et al. Boosting lithium storage performance of Si nanoparticles via thin carbon and nitrogen/phosphorus co-doped two-dimensional carbon sheet dual encapsulation
Li et al. Advances in transition-metal (Zn, Mn, Cu)-based MOFs and their derivatives for anode of lithium-ion batteries
Saroja et al. Facile synthesis of heteroatom doped and undoped graphene quantum dots as active materials for reversible lithium and sodium ions storage
Sun et al. Catalytic Co 9 S 8 decorated carbon nanoboxes as efficient cathode host for long-life lithium-sulfur batteries
CN110299516B (zh) 碳纳米管阵列负载钛酸锂柔性电极材料的制备方法
Wang et al. Onion-like carbon matrix supported Co 3 O 4 nanocomposites: a highly reversible anode material for lithium ion batteries with excellent cycling stability
Gao et al. Growing Co–Ni–Se nanosheets on 3D carbon frameworks as advanced dual functional electrodes for supercapacitors and sodium ion batteries
Shi et al. A self-template approach to synthesize multicore–shell Bi@ N-doped carbon nanosheets with interior void space for high-rate and ultrastable potassium storage
Gao et al. Highly efficient formation of Mn3O4-graphene oxide hybrid aerogels for use as the cathode material of high performance lithium ion batteries
Zong et al. Cobalt and oxygen double doping induced C@ MoS 2–CoS 2–O@ C nanocomposites with an improved electronic structure and increased active sites as a high-performance anode for sodium-based dual-ion batteries
Chen et al. Recent progress in biomass-derived carbon materials used for secondary batteries
Mi et al. Polymer-derived carbon nanofiber network supported SnO2 nanocrystals: a superior lithium secondary battery material
Li et al. Microwave-assisted synthesis of the sandwich-like porous Al2O3/RGO nanosheets anchoring NiO nanocomposite as anode materials for lithium-ion batteries
Yang et al. Controlled synthesis of nickel carbide nanoparticles and their application in lithium storage
Rish et al. Novel composite nano-materials with 3D multilayer-graphene structures from biomass-based activated-carbon for ultrahigh Li-ion battery performance
Wang et al. Carbon nanotubes/SiC prepared by catalytic chemical vapor deposition as scaffold for improved lithium-sulfur batteries
Xu et al. Electrophoretic Deposition of Binder‐Free MnO2/Graphene Films for Lithium‐Ion Batteries
CN113178571B (zh) 一种层级多孔状Fe3Se4@NC@CNTs复合材料及其制备方法和应用
CN113782713B (zh) MoS2纳米片垂直内嵌生物碳纳米复合材料及其制备方法与应用
CN111276694A (zh) 一种聚酰亚胺衍生碳/二硫化钼负极材料的制备方法及其在钾离子电池中的应用
CN113410459B (zh) 一种内嵌MoSx纳米片的三维有序大孔类石墨烯炭材料、制备与应用
CN112758985B (zh) 一种ws2/氮掺杂碳的复合材料、其制备方法及其应用
Wang et al. Development of monodispersed MnCO 3/graphene nanosheet composite as anode for lithium-ion battery by hydrothermal synthesis
Wang et al. Low cost fabrication of three-dimensional hierarchical porous graphene anode material for sodium ion batteries application
Zhuang et al. Partial sodiation induced laminate structure and high cycling stability of black phosphorous for sodium-ion batteries

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant