CN114050241A - 一种限阈结构二硫化钼@碳基纳米笼复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及钠离子电池负极材料技术领域，提供了一种限阈结构二硫化钼@碳基纳米笼复合材料及其制备方法和应用。本发明的限阈结构二硫化钼@碳基纳米笼复合材料包括碳基纳米笼和二硫化钼纳米片，二硫化钼纳米片被限阈在碳基纳米笼的空腔内。本发明的复合材料利用碳基纳米笼的导电性，当复合材料应用于钠离子电池负极时，能够促进充放电过程中离子/电子的转移，提高二硫化钼纳米片的利用率，进而提高了复合材料的导电性和倍率性能。同时，本发明的复合材料将二硫化钼纳米片填充在碳基纳米笼的空腔内，可减少碳基纳米笼的体积膨胀、抑制活性材料二硫化钼纳米片的流失，使限阈结构二硫化钼@碳基纳米笼复合材料具有优异的倍率性能和长循环稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及钠离子电池负极材料技术领域，尤其涉及一种限阈结构二硫化钼@碳基纳米笼复合材料及其制备方法和应用。
背景技术
随着现代社会经济的快速发展，人类对能源的需求量越来越大。然而，煤、石油、天然气等传统能源储备量不断减少且造成的环境污染问题日益严重，大大限制了社会的发展和人类生活质量的进一步改善。因而开发新能源，特别是无污染的清洁能源已成为现代科研人员的研究热点。
钠离子电池与锂离子电池相同，是一种二次储能装置。但是锂离子电池存在锂丰度低，资源分布不均的问题，且存在的安全隐患也难以满足大规模储能的应用需求。与锂离子电池相比，钠离子电池具有储量丰富、价格低廉、安全性高且循环寿命长等优点，未来有可能取代锂离子电池并逐步实现电动车、储能等领域的无铅化。但是钠离子半径高于锂离子半径，在嵌入活性材料过程中会造成大的体积膨胀。因此，钠离子电池的电极材料结构稳定性、电导率的提高是发展的关键。
二硫化钼是具有类石墨烯结构的二维层状纳米材料，为过渡金属硫族化合物中的代表。其层内原子通过共价键结合，层间通过范德华力相互作用。但二硫化钼纳米片容易团聚，导致暴露的活性位点不足，以及电子在纳米片间的跃迁效率低，制约了其在电化学领域的应用。中国专利CN 113299893 A公开了一种二硫化钼@石墨炔复合材料，其制备得到的复合材料中，石墨炔为具有褶皱结构且连通的薄的多孔的纳米片；片层石墨炔一方面增大了复合材料的导电性，一方面为MoS2的形核长大提供模板，避免了MoS2团聚。但是上述复合材料的倍率性能不高，有待进一步提高。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种限阈结构二硫化钼@碳基纳米笼复合材料及其制备方法和应用。本发明提供的限阈结构二硫化钼@碳基纳米笼复合材料具有优异的倍率性能。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种限阈结构二硫化钼@碳基纳米笼复合材料，包括碳基纳米笼和二硫化钼纳米片，所述二硫化钼纳米片被限阈在所述碳基纳米笼的空腔内。
优选地，所述碳基纳米笼为碳纳米笼、氮掺杂碳纳米笼或硫掺杂碳纳米笼；所述碳基纳米笼具有分级结构；所述碳基纳米笼的笼腔直径为10～100nm；所述碳基纳米笼的比表面积为500～2500m2·g-1；所述碳基纳米笼的孔体积为0.5～5cm3·g-1。
优选地，所述二硫化钼纳米片的片长为5～10nm，所述二硫化钼纳米片的片层数为1～3层。
优选地，所述限阈结构二硫化钼@碳基纳米笼复合材料中二硫化钼纳米片的填充量为10～50wt.％。
本发明还提供了上述技术方案所述的限阈结构二硫化钼@碳基纳米笼复合材料的制备方法，包括以下步骤：
提供碳基纳米笼；
将所述碳基纳米笼和硫钼前驱体溶液混合，进行吸附反应，得到笼内填充有硫钼前驱体的碳基纳米笼；
将所述笼内填充有硫钼前驱体的碳基纳米笼进行煅烧，得到所述限阈结构二硫化钼@碳基纳米笼复合材料。
优选地，所述硫钼前驱体溶液中硫钼前驱体包括硫钼酸铵、钼酸铵、钼酸钠和硫脲中的一种或多种。
优选地，所述吸附反应的真空度为1～20Pa，温度为20～40℃，时间为0.5～2h。
优选地，所述煅烧的温度为600～1000℃，升温至所述煅烧的温度的速率为5～15℃/min，保温时间为1～5h。
优选地，所述煅烧在氮气和氨气的混合气氛下进行，所述混合气氛中氮气和氨气的体积比为90～95：10～5。
本发明还提供了上述技术方案所述的限阈结构二硫化钼@碳基纳米笼复合材料或上述技术方案所述的制备方法得到的限阈结构二硫化钼@碳基纳米笼复合材料作为负极材料在钠离子电池中的应用。
本发明提供了一种限阈结构二硫化钼@碳基纳米笼复合材料，包括碳基纳米笼和二硫化钼纳米片，所述二硫化钼纳米片被限阈在所述碳基纳米笼的空腔内。本发明的复合材料能够利用碳基纳米笼的导电性，当复合材料应用于钠离子电池负极时，能够促进充放电过程中离子/电子的转移，提高二硫化钼纳米片的利用率，进而提高复合材料的导电性和倍率性能。同时，本发明的复合材料将二硫化钼纳米片填充在碳基纳米笼的空腔内，可减少碳基纳米笼的体积膨胀、抑制活性材料二硫化钼纳米片的流失，使限阈结构二硫化钼@碳基纳米笼复合材料具有优异的倍率性能和长循环稳定性。
进一步地，本发明提供的限阈结构二硫化钼@碳基纳米笼复合材料中的碳基纳米笼保持了分级结构，且比表面积为500～2500m2·g-1，提供更多的活性位点，增大与电解液的接触面积，缩短离子/电子的传输路径，即使在高电流密度下，也利于钠离子的嵌入/脱出，进一步提高了限阈结构二硫化钼@碳基纳米笼复合材料的导电性和倍率性能。
进一步地，本发明的限阈结构二硫化钼@碳基纳米笼复合材料中的二硫化钼纳米片的片层数为1～3层，为少层结构，且纳米片片长为5～10nm，活性材料纳米化可缩短离子/电子的传输路径，进一步提高了复合材料的倍率性能。
本发明还提供了上述技术方案所述的限阈结构二硫化钼@碳基纳米笼复合材料的制备方法，包括以下步骤：提供碳基纳米笼；将所述碳基纳米笼和硫钼前驱体溶液混合，进行吸附反应，得到笼内填充有硫钼前驱体的碳基纳米笼；将所述笼内填充有硫钼前驱体的碳基纳米笼进行煅烧，得到所述限阈结构二硫化钼@碳基纳米笼复合材料。本发明提供的制备方法具有材料组分可控、易于规模化生产和成本低廉的优点。
本发明还提供了上述技术方案所述的限阈结构二硫化钼@碳基纳米笼复合材料或上述技术方案所述的制备方法得到的限阈结构二硫化钼@碳基纳米笼复合材料作为负极材料在钠离子电池中的应用。由于本发明提供的限阈结构二硫化钼@碳基纳米笼复合材料具有优异的导电性和倍率性能，使其能够作为负极材料应用于钠离子电池中。
附图说明
图1为实施例1所得限阈结构二硫化钼@氮掺杂碳纳米笼复合材料的透射电镜照片；
图2为实施例1所得限阈结构二硫化钼@氮掺杂碳纳米笼复合材料的扫描电镜照片；
图3为实施例1所得限阈结构二硫化钼@氮掺杂碳纳米笼复合材料的XRD图谱；
图4为实施例1所得限阈结构二硫化钼@氮掺杂碳纳米笼复合材料的倍率性能图；
图5为实施例1所得限阈结构二硫化钼@氮掺杂碳纳米笼复合材料在电流密度为5A·g-1时的循环性能。
具体实施方式
术语解释
碳基纳米笼的分级结构指碳基纳米笼是由具有多尺度孔结构共存的笼壁结构的空心纳米笼相互连接成片，再由片自组装为具有三维分级结构的花球。
限阈指利用碳基纳米笼的笼腔和大-微-介孔共存的笼壁结构对前驱体进行封装，同时还限制活性材料的生长。
本发明提供了一种限阈结构二硫化钼@碳基纳米笼复合材料，包括碳基纳米笼和二硫化钼纳米片，所述二硫化钼纳米片被限阈在所述碳基纳米笼的空腔内。
在本发明中，所述碳基纳米笼优选为碳纳米笼、氮掺杂碳纳米笼或硫掺杂碳纳米笼，进一步优选为氮掺杂碳纳米笼。在本发明中，所述碳基纳米笼优选具有分级结构。在本发明中，所述碳基纳米笼的笼腔直径优选为10～100nm。在本发明中，所述碳基纳米笼的比表面积优选为500～2500m2·g-1，进一步优选为1000～2500m2·g-1，更优选为1500～2500m2·g-1。在本发明中，所述碳基纳米笼的孔体积优选为0.5～5cm3·g-1。
在本发明中，所述二硫化钼纳米片的片长优选为5～10nm。在本发明中，所述二硫化钼纳米片的片层数优选为1～3层。
在本发明中，所述限阈结构二硫化钼@碳基纳米笼复合材料中二硫化钼纳米片的填充量优选为10～50wt.％，进一步优选为10～40wt.％，更优选为20～30wt.％。
本发明还提供了上述技术方案所述的限阈结构二硫化钼@碳基纳米笼复合材料的制备方法，包括以下步骤：
提供碳基纳米笼；
将所述碳基纳米笼和硫钼前驱体溶液混合，进行吸附反应，得到笼内填充有硫钼前驱体的碳基纳米笼；
将所述笼内填充有硫钼前驱体的碳基纳米笼进行煅烧，得到所述限阈结构二硫化钼@碳基纳米笼复合材料。
在本发明中，如无特殊说明，本发明所用原料均优选为市售产品。
本发明提供碳基纳米笼。
在本发明中，当所述碳基纳米笼优选为碳纳米笼时，所述碳纳米笼的制备方法优选包括以下步骤：
取碱式碳酸镁加入到反应管中，均匀铺散，然后将反应管竖直放入管式炉中，抽出管式炉中的空气并充入惰性气体，在50～100sccm惰性气体氛围下，将管式炉中的温度升至650～1100℃，并维持60min，然后用注射泵向反应管中通入含C前体，沉积10～60min后，将管式炉内温度降至室温，收集产物于烧杯中，加稀HCl溶液洗去模板，真空抽滤，并通过去离子水、无水乙醇洗涤数次，于60～80℃的烘箱中干燥12h，得到所述碳纳米笼。
在本发明中，所述含C前体优选包括苯、甲烷、环己烷、乙炔和乙醇中的一种或多种，进一步优选为苯。
在本发明中，当所述碳基纳米笼为氮掺杂碳纳米笼时，所述氮掺杂碳纳米笼的制备方法优选包括以下步骤：
取碱式碳酸镁加入到反应管中，均匀铺散，然后将反应管竖直放入管式炉中，抽出管式炉中的空气并充入惰性气体，在50～100sccm惰性气体氛围下，将管式炉中的温度升至650～1100℃，并维持60min，然后用注射泵向反应管中通入含N和C前体，沉积10～60min后，将管式炉内温度降至室温，收集产物于烧杯中，加稀HCl溶液洗去模板，真空抽滤，并通过去离子水、无水乙醇洗涤数次，于60～80℃的烘箱中干燥12h，得到所述氮掺杂碳纳米笼。
在本发明中，所述含N和C前体优选包括吡啶、乙二胺、乙腈、苄胺和氨气中的一种或多种，进一步优选为吡啶。
在本发明中，当所述碳基纳米笼优选为硫掺杂碳纳米笼，所述硫掺杂碳纳米笼的制备方法优选包括以下步骤：
取碱式碳酸镁加入到反应管中，均匀铺散，然后将反应管竖直放入管式炉中，抽出管式炉中的空气并充入惰性气体，在50～100sccm惰性气体氛围下，将管式炉中的温度升至650～1100℃，并维持60min，然后用注射泵向反应管中通入含硫前体，沉积10～60min后，将管式炉内温度降至室温，收集产物于烧杯中，加稀HCl溶液洗去模板，真空抽滤，并通过去离子水、无水乙醇洗涤数次，于60～80℃的烘箱中干燥12h，得到所述硫掺杂碳纳米笼。
在本发明中，所述含硫前体优选包括噻吩或硫醇，进一步优选为噻吩。
提供碳基纳米笼后，本发明将所述碳基纳米笼和硫钼前驱体溶液混合，进行吸附反应，得到笼内填充有硫钼前驱体的碳基纳米笼。
在本发明中，所述硫钼前驱体溶液中硫钼前驱体优选为硫钼酸铵、钼酸铵和硫脲混合物、钼酸钠和硫脲的混合物中的一种或多种，进一步优选包括硫钼酸铵。在本发明中，所述硫钼前驱体溶液的溶剂优选包括水，所述水优选包括去离子水。在本发明中，所述硫钼前驱体溶液的浓度优选为10～20mg/mL。
在本发明中，所述吸附反应的真空度优选为1～20Pa，进一步优选为5～15Pa，更优选为10Pa；温度优选为20～40℃，进一步优选为25～30℃；时间优选为0.5～2h，进一步优选为1.0～1.5h。
所述吸附反应后，本发明优选还包括将所述吸附反应得到的料液过滤，所得固体进行冷冻干燥。本发明对所述冷冻干燥的条件不做具体限定，只要能够将其中的溶剂蒸发去除即可。
得到笼内填充有硫钼前驱体的碳基纳米笼后，本发明将所述笼内填充有硫钼前驱体的碳基纳米笼进行煅烧，得到所述限阈结构二硫化钼@碳基纳米笼复合材料。
在本发明中，所述煅烧的温度优选为600～1000℃，进一步优选为700～900℃，更优选为800℃；升温至所述煅烧的温度的速率优选为5～15℃/min，进一步优选为10℃/min；保温时间优选为1～5h，进一步优选为2～4h，更优选为3h。在本发明中，所述煅烧优选在氮气和氨气的混合气氛下进行，所述混合气氛中氮气和氨气的体积比优选为90～95：10～5，进一步优选为90：10。
在本发明中，当所述限阈结构二硫化钼@碳基纳米笼复合材料中二硫化钼纳米片的填充量达不到要求，优选将所得限阈结构二硫化钼@碳基纳米笼复合材料和硫钼前驱体溶液混合，再次进行吸附反应和煅烧，直至限阈结构二硫化钼@碳基纳米笼复合材料中的二硫化钼纳米片的填充量达到要求。
本发明还提供了上述技术方案所述的限阈结构二硫化钼@碳基纳米笼复合材料或上述技术方案所述的制备方法得到的限阈结构二硫化钼@碳基纳米笼复合材料作为负极材料在钠离子电池中的应用。
在本发明中，当所述限阈结构二硫化钼@碳基纳米笼复合材料作为负极材料用于钠离子电池时，所述钠离子电池的正极材料优选为钠片；所述钠离子电池的电解液优选为高氯酸钠溶液，所述高氯酸溶液的浓度优选为1mol/L；所述钠离子电池的隔膜优选为Celgard 2400多孔膜。
下面结合实施例对本发明提供的限阈结构二硫化钼@碳基纳米笼复合材料及其制备方法和应用进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
(1)将8g具有三维分级结构的碱式碳酸镁(4MgCO3·Mg(OH)2·5H2O)加入垂直炉中的石英管中，在Ar气氛下以10℃/min的升温速率加热至800℃后，将1mL吡啶以0.1mL/min的速度通入石英管中，保温60min后，自然冷却至室温，加稀HCl溶液洗去模板，真空抽滤，并通过去离子水、无水乙醇洗涤数次，于60～80℃的烘箱中干燥12h，得到纯化的产物，即氮掺杂碳纳米笼(NCNC)，氮掺杂碳纳米笼具有分级结构；氮掺杂碳纳米笼的笼腔直径为20～50nm、比表面积为1662m2·g-1、孔体积为2.82cm3·g-1。
(2)将50mg NCNC加入到两口烧瓶，两口烧瓶的一个口接筒型分液漏斗，另一个口通过抽气弯头与真空泵连接，抽真空至压力在20Pa以下，保压0.5h后，通过分液漏斗将50mL浓度为15mg/mL的硫钼酸铵水溶液加入到两口烧瓶中，室温下搅拌5h，过滤，冷冻干燥12h后，将样品至于瓷舟中，放入管式炉，在100sccm的N2/NH3混合气(氮气和氨气的体积比为90：10)的气流保护下，以10℃/min的速率升温至800℃，煅烧3h，自然冷却至室温，得到限阈结构二硫化钼@氮掺杂碳纳米笼复合材料，所述限阈结构二硫化钼@氮掺杂碳纳米笼复合材料中二硫化钼纳米片的填充量为30wt.％。
所得限阈结构二硫化钼@氮掺杂碳纳米笼复合材料的透射电镜照片如图1。从图1可以看出：在氮掺杂碳纳米笼空腔内可明显观察到二硫化钼纳米片，二硫化钼纳米片的片长为5～10nm，层数为1～3层。
所得限阈结构二硫化钼@氮掺杂碳纳米笼复合材料的扫描电镜照片如图2。从图2可以看出：氮掺杂碳纳米笼具有分级结构。
所得限阈结构二硫化钼@氮掺杂碳纳米笼复合材料的XRD图谱如图3所示，从图3可以看出：复合材料的特征峰与标准卡片PDF#37-1492一致，且二硫化钼结晶度良好。
以所得限阈结构二硫化钼@氮掺杂碳纳米笼复合材料为负极材料，以钠片为正极，以Celgard 2400多孔膜为隔膜，以浓度为1.0M的高氯酸钠溶液为电解液，组装为扣式电池。在电流密度为0.1～25A·g-1下，对所得扣式电池的电化学性能进行测试。图4为实施例1所得限阈结构二硫化钼@氮掺杂碳纳米笼复合材料的倍率性能；从图4可以看出：在电流密度为0.1A·g-1时，复合材料的放电比容量为765.12mAh·g-1；当电流密度为25A·g-1时，放电比容量为441.2mAh·g-1；当电流密度恢复到0.1A·g-1时，比容量可恢复至706.62mAh·g-1，可达初始容量的92.3％，说明复合材料具有优异的倍率性能。
图5为实施例1所得限阈结构二硫化钼@氮掺杂碳纳米笼复合材料在电流密度为5A·g-1时的循环性能，从图5可以看出：放电比容量为564mAh·g-1；且在循环1000圈后，比容量仍可达348mAh·g-1。
实施例2
步骤(1)同实施例1；
(2)将50mg NCNC加入到两口烧瓶，两口烧瓶的一个口接筒型分液漏斗，另一个口通过抽气弯头与真空泵连接，抽真空至压力在20Pa以下，保压0.5h后，通过分液漏斗将50mL浓度为10mg/mL的硫钼酸铵水溶液加入到两口烧瓶中，室温下搅拌5h，过滤，冷冻干燥12h后，将样品至于瓷舟中，放入管式炉，在100sccm的N2/NH3混合气(氮气和氨气的体积比为90：10)的气流保护下，以10℃/min的速率升温至800℃，煅烧3h，自然冷却至室温，得到限阈结构二硫化钼@氮掺杂碳纳米笼复合材料，所述限阈结构二硫化钼@氮掺杂碳纳米笼复合材料中二硫化钼纳米片的填充量为20wt.％。
实施例3
步骤(1)同实施例1；
(2)将50mg NCNC加入到两口烧瓶，两口烧瓶的一个口接筒型分液漏斗，另一个口通过抽气弯头与真空泵连接，抽真空至压力在20Pa以下，保压0.5h后，通过分液漏斗将50mL浓度为20mg/mL的硫钼酸铵水溶液加入到两口烧瓶中，室温下搅拌5h，过滤，冷冻干燥12h后，将样品至于瓷舟中，放入管式炉，在100sccm的N2/NH3混合气(氮气和氨气的体积比为90：10)的气流保护下，以10℃/min的速率升温至800℃，煅烧3h，自然冷却至室温，得到限阈结构二硫化钼@氮掺杂碳纳米笼复合材料，所述限阈结构二硫化钼@氮掺杂碳纳米笼复合材料中二硫化钼纳米片的填充量为40wt.％。
对比例1
步骤(1)同实施例1；
(2)将50mg NCNC和50mL浓度为10mg/mL的硫钼酸铵水溶液加入到烧杯中，室温下搅拌5h，过滤，冷冻干燥12h后，将样品至于瓷舟中，放入管式炉，在100sccm的N2/NH3混合气(氮气和氨气的体积比为90：10)的气流保护下，以10℃/min的速率升温至800℃，煅烧3h，自然冷却至室温，得到负载型碳基纳米笼@二硫化钼复合材料，所述负载型二硫化钼/氮掺杂碳纳米笼复合材料中二硫化钼纳米片的负载量为20wt.％。
对比例2
步骤(1)同实施例1；
(2)将50mg NCNC和50mL浓度为15mg/mL的硫钼酸铵水溶液加入到烧杯中，室温下搅拌5h，过滤，冷冻干燥12h后，将样品至于瓷舟中，放入管式炉，在100sccm的N2/NH3混合气(氮气和氨气的体积比为90：10)的气流保护下，以10℃/min的速率升温至800℃，煅烧3h，自然冷却至室温，得到负载型碳基纳米笼@二硫化钼复合材料，所述负载型负载型二硫化钼/氮掺杂碳纳米笼复合材料中二硫化钼纳米片的负载量为30wt.％。
对比例3
步骤(1)同实施例1；
(2)将50mg NCNC和50mL浓度为20mg/mL的硫钼酸铵水溶液加入到烧杯中，室温下搅拌5h，过滤，冷冻干燥12h后，将样品至于瓷舟中，放入管式炉，在100sccm的N2/NH3混合气(氮气和氨气的体积比为90：10)的气流保护下，以10℃/min的速率升温至800℃，煅烧3h，自然冷却至室温，得到负载型碳基纳米笼@二硫化钼复合材料，所述负载型二硫化钼/氮掺杂碳纳米笼复合材料中二硫化钼纳米片的负载量为40wt.％。
实施例4
(1)碳纳米笼的制备：
将8g具有三维分级结构的碱式碳酸镁(4MgCO3·Mg(OH)2·5H2O)加入垂直炉中的石英管中，在Ar气氛下以10℃/min的升温速率加热至800℃后，将1mL苯以0.1mL/min的速度通入石英管中，保温60min后，自然冷却至室温，收集产物于烧杯中，加稀HCl溶液洗去模板，真空抽滤，并通过去离子水、无水乙醇洗涤数次，于60-80℃的烘箱中干燥12h，得到纯化的产物，即碳纳米笼，碳纳米笼具有分级结构；碳纳米笼的笼腔直径为20～50nm、比表面积为1575m2·g-1、孔体积为2.65cm3·g-1。
步骤(2)与实施例1相同，所述限阈结构二硫化钼@碳基纳米笼复合材料中二硫化钼纳米片的填充量为30wt.％。
实施例5
(1)硫掺杂碳纳米笼
将8g具有三维分级结构的碱式碳酸镁(4MgCO3·Mg(OH)2·5H2O)加入垂直炉中的石英管中，在Ar气氛下以10℃/min的升温速率加热至800℃后，将1mL噻吩以0.1mL/min的速度通入石英管中，保温60min后，自然冷却至室温，收集产物于烧杯中，加稀HCl溶液洗去模板，真空抽滤，并通过去离子水、无水乙醇洗涤数次，于60-80℃的烘箱中干燥12h，得到纯化的产物，即硫掺杂碳纳米笼。
步骤(2)与实施例1相同，所述限阈结构二硫化钼@硫掺杂碳纳米笼复合材料中二硫化钼纳米片的填充量为30wt.％。
按照GB/T 11007-2008方法测试实施例1～5及对比例1～3所得复合材料的导电性，结果如表1所示。
表1实施例1～8所得复合材料的导电性测试结果
| 序号 | 导电率(Sm<sup>-1</sup>) |
| 实施例1 | 272.04 |
| 实施例2 | 197.86 |
| 实施例3 | 261.21 |
| 对比例1 | 179.21 |
| 对比例2 | 190.15 |
| 对比例3 | 191.55 |
| 实施例4 | 213.47 |
| 实施例5 | 221.36 |
从表1可以看出：实施例1所制备的限阈结构二硫化钼@氮掺杂碳纳米笼复合材料的导电率最高，导电性最好，从而用作钠离子电池负极材料时具有优异的电化学性能。
以实施例2～5及对比例1～3所得复合材料为负极材料，以钠片为正极，以Celgard2400多孔膜为隔膜，以浓度为1M的高氯酸钠溶液为电解液，组装为扣式电池。在电流密度为5A·g-1时，测试扣式电池的放电比容量、及在5A·g-1循环1000圈后的比容量，结果如表2所示。
表2实施例2～5及对比例1～3所得复合材料的电化学性能测试结果
以实施例2～3所得限阈结构二硫化钼@碳基纳米笼复合材料为负极材料，以钠片为正极，以Celgard 2400多孔膜为隔膜，以浓度为1M的高氯酸钠溶液为电解液，组装为扣式电池。以浓度为1M的高氯酸钠溶液为电解液，组装为扣式电池。在电流密度为0.2A·g-1、1.0A·g-1和5A·g-1时，测试扣式电池的放电比容量，结果如表3所示。
表3实施例2～3所得复合材料的电化学性能测试结果
从表2～3可以看出：在相同的电流密度下，限阈结构的二硫化钼@氮掺杂碳纳米笼复合材料的长循环稳定性最好。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种限阈结构二硫化钼@碳基纳米笼复合材料，其特征在于，包括碳基纳米笼和二硫化钼纳米片，所述二硫化钼纳米片被限阈在所述碳基纳米笼的空腔内。
2.根据权利要求1所述的限阈结构二硫化钼@碳基纳米笼复合材料，其特征在于，所述碳基纳米笼为碳纳米笼、氮掺杂碳纳米笼或硫掺杂碳纳米笼；所述碳基纳米笼具有分级结构；所述碳基纳米笼的笼腔直径为10～100nm；所述碳基纳米笼的比表面积为500～2500m2·g-1；所述碳基纳米笼的孔体积为0.5～5cm3·g-1。
3.根据权利要求1所述的优选的限阈结构二硫化钼@碳基纳米笼复合材料，其特征在于，所述二硫化钼纳米片的片长为5～10nm，所述二硫化钼纳米片的片层数为1～3层。
4.根据权利要求1～3任一项所述的限阈结构二硫化钼@碳基纳米笼复合材料，其特征在于，所述限阈结构二硫化钼@碳基纳米笼复合材料中二硫化钼纳米片的填充量为10～50wt.％。
5.权利要求1～4任一项所述的限阈结构二硫化钼@碳基纳米笼复合材料的制备方法，包括以下步骤：
提供碳基纳米笼；
将所述碳基纳米笼和硫钼前驱体溶液混合，进行吸附反应，得到笼内填充有硫钼前驱体的碳基纳米笼；
将所述笼内填充有硫钼前驱体的碳基纳米笼进行煅烧，得到所述限阈结构二硫化钼@碳基纳米笼复合材料。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述硫钼前驱体溶液中硫钼前驱体包括硫钼酸铵、钼酸铵和硫脲混合物、钼酸钠和硫脲的混合物中的一种或多种。
7.根据权利要求5或6所述的制备方法，其特征在于，所述吸附反应的真空度为1～20Pa，温度为20～40℃，时间为0.5～2h。
8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述煅烧的温度为600～1000℃，升温至所述煅烧的温度的速率为5～15℃/min，保温时间为1～5h。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述煅烧在氮气和氨气的混合气氛下进行，所述混合气氛中氮气和氨气的体积比为90～95：10～5。
10.权利要求1～4任一项所述的限阈结构二硫化钼@碳基纳米笼复合材料或权利要求5～9任一项所述的制备方法得到的限阈结构二硫化钼@碳基纳米笼复合材料作为负极材料在钠离子电池中的应用。
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2021
- 2021-11-10 CN CN202111325753.6A patent/CN114050241A/zh active Pending
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