RU2656466C1 - Molybdenum dioxide / carbon composite production method - Google Patents

Molybdenum dioxide / carbon composite production method Download PDF

Info

Publication number
RU2656466C1
RU2656466C1 RU2017118827A RU2017118827A RU2656466C1 RU 2656466 C1 RU2656466 C1 RU 2656466C1 RU 2017118827 A RU2017118827 A RU 2017118827A RU 2017118827 A RU2017118827 A RU 2017118827A RU 2656466 C1 RU2656466 C1 RU 2656466C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
carbon
molybdenum
moo
composite
tartaric acid
Prior art date
Application number
RU2017118827A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Галина Степановна Захарова
Зилара Амирахматовна Фаттахова
Цюаньяо Джу
Юели Лю
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии твердого тела Уральского отделения Российской академии наук
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 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии твердого тела Уральского отделения Российской академии наук filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии твердого тела Уральского отделения Российской академии наук
Priority to RU2017118827A priority Critical patent/RU2656466C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2656466C1 publication Critical patent/RU2656466C1/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01GCOMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G39/00Compounds of molybdenum
    • C01G39/02Oxides; Hydroxides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00Carbon; Compounds thereof
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)

Abstract

FIELD: technological processes.
SUBSTANCE: invention relates to the composites in the finely dispersed state preparation process, in particular of the molybdenum dioxide / carbon MoO2/C composite, which can be used the lithium current sources effective anode material. Method comprises molybdenum metal powder dissolving in hydrogen peroxide, followed by the carbonaceous agent addition, drying and annealing under inert atmosphere. As the carbon-containing agent, tartaric acid is used, which is introduced in the molybdenum:tartaric acid molar ratio = 1:0.75÷2. Annealing is carried out at a temperature of 490–550 °C for 1–2 hours.
EFFECT: providing simple and technological way of the molybdenum dioxide / carbon MoO2/C composite production, which allows significant reduction in the process duration.
1 cl, 3 dwg, 3 ex

Description

Изобретение относится к способу получения композитов в мелкодисперсном состоянии, в частности композита диоксид молибдена/углерод MoO2/C, который может быть использован в качестве эффективного анодного материала литиевых источников тока. The invention relates to a method for producing composites in a finely divided state, in particular, a molybdenum dioxide / carbon composite MoO 2 / C, which can be used as an effective anode material of lithium current sources.

Известен способ получения композита диоксид молибдена/углерод MoO2/C, включающий четыре стадии. На первой стадии получают оксид графена обработкой природного графита окислителем (перманганатом калия KMnO4 или хлоратом калия KClO3) в 98%-ном растворе серной кислоты H2SO4 в присутствии нитрата натрия NaNO3 при 20-120оС в течение 1–5 ч с последующей фильтрацией, промывкой и сушкой продукта при 50оС в течение 36 ч. На второй стадии проводят гомогенизацию графитсодержащей водной суспензии с помощью ультразвукового воздействия мощностью 500 Вт в течение 2–7 ч. На третьей стадии к полученной суспензии при интенсивном перемешивании сначала добавляют 12-фосформолибденовую кислоту H2PMo12O40, а затем один из предложенных восстановителей (гидразин гидрат N2H4⋅H2O, борогидрат натрия NaBH4 или аскорбиновую кислоту C6H8O6). Перемешивание проводят с использованием ультразвука в течение 30 мин мощностью 500 Вт, а затем механически со скоростью 800 об/мин. На четвертой стадии реакционную массу отжигают при температуре 400–800оС в течение 2–8 ч. По данным рентгенофазового анализа (РФА) полученный композит MoO2/C индексируется как смесь двух кристаллических структур диоксида молибдена: моноклинной (JCPDS 65-5787) и гексагональной модификации (JCPDS 50-0739) (Патент CN 104347877, МПК B82Y 30/00, H01G 11/36, H01M 4/583, 2015 год).A known method of producing a composite of molybdenum dioxide / carbon MoO 2 / C, comprising four stages. At the first stage, graphene oxide is obtained by treating natural graphite with an oxidizing agent (potassium permanganate KMnO 4 or potassium chlorate KClO 3 ) in a 98% solution of sulfuric acid H 2 SO 4 in the presence of sodium nitrate NaNO 3 at 20-120 о С for 1–5 h, followed by filtration, washing and drying the product at 50 ° C for 36 hours. at the second stage homogenization carried aqueous graphite suspension by ultrasonic treatment 500 W for 2-7 hours. in the third step, to the resulting suspension under vigorous stirring, initially add 12 -phosphoformolybdenum acid H 2 PMo 12 O 40 , and then one of the proposed reducing agents (hydrazine hydrate N 2 H 4 ⋅H 2 O, sodium borohydrate NaBH 4 or ascorbic acid C 6 H 8 O 6 ). Mixing is carried out using ultrasound for 30 minutes with a power of 500 W, and then mechanically at a speed of 800 rpm. At the fourth stage, the reaction mass is annealed at a temperature of 400–800 о С for 2–8 h. According to X-ray phase analysis (XRD), the resulting MoO 2 / C composite is indexed as a mixture of two crystalline structures of molybdenum dioxide: monoclinic (JCPDS 65-5787) and hexagonal modification (JCPDS 50-0739) (Patent CN 104347877, IPC B82Y 30/00, H01G 11/36, H01M 4/583, 2015).

Недостатком известного способа является сложность, многостадийность и длительность процесса, обусловленная необходимостью предварительной активации графита с использованием ультразвукового оборудования, а также использование в качестве компонентов реакционной смеси сильно ядовитых гидразина гидрата N2H4⋅H2O и борогидрата натрия NaBH4, имеющих I класс опасности. Кроме того, гидразин гидрат является взрывоопасным соединением. Использование в качестве источника молибдена фосформолибденовой кислоты не позволяет получить композит MoO2/C на основе только одной кристаллографической модификации диоксида молибдена.The disadvantage of this method is the complexity, multi-stage and duration of the process, due to the need for preliminary activation of graphite using ultrasonic equipment, as well as the use as components of the reaction mixture of highly toxic hydrazine hydrate N 2 H 4 ⋅H 2 O and sodium borohydrate NaBH 4 having class I danger. In addition, hydrazine hydrate is an explosive compound. The use of phosphoformolybdic acid as a molybdenum source does not make it possible to obtain a MoO 2 / C composite based on only one crystallographic modification of molybdenum dioxide.

Известен способ получения композита диоксид молибдена/углерод MoO2/C путем разложения органо-неорганического прекурсора. В известном способе к водному раствору, содержащему анилин C6H5NH2 и парамолибдат аммония (NH4)6Mo7O24⋅4H2O, при перемешивании добавляют по каплям 1М раствор соляной кислоты HCl до установления рН раствора равного 4-5. Реакцию ведут в масляной бане при температуре 50оС в течение 5–10 ч с последующей промывкой этанолом и сушкой на воздухе в течение 1 дня образовавшегося осадка. В результате образуется органо-неорганический прекурсор белого цвета состава Mo3O10(C6H8N)2⋅2H2O. Затем продукт подвергают нагреву в атмосфере аргона при температуре 500оС в течение 5 ч. Согласно РФА полученный композит индексируется как диоксида молибдена моноклинной сингонии (JCPDS 65-1273). По данным сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) композит MoO2/C образован частицами с морфологией нанопроволоки длиной несколько мкм и шириной 80–120 нм (Q. Gao, L. Yang, X. Lu, J. Mao, Y. Zhang, Y. Wu, Y. Tang, Synthesis, characterization and lithium-storage performance of MoO2/carbon hybrid nanowires // J. Mater. Chem. 2010. V. 20. P. 2807–2812).A known method of producing a composite of molybdenum dioxide / carbon MoO 2 / C by decomposition of an organo-inorganic precursor. In the known method, to an aqueous solution containing aniline C 6 H 5 NH 2 and ammonium paramolybdate (NH 4 ) 6 Mo 7 O 24 ⋅ 4H 2 O, a 1 M hydrochloric acid HCl solution is added dropwise with stirring until the pH of the solution is 4-5 . The reaction is carried out in an oil bath at 50 ° C for 5-10 hours followed by washing with ethanol and drying in air for 1 day a precipitate formed. The result is a precursor organic-inorganic white composition Mo 3 O 10 (C 6 H 8 N) 2 ⋅2H 2 O. The product was then subjected to heating in an argon atmosphere at a temperature of 500 ° C for 5 hours. According to XRD the resulting composite indexed as molybdenum dioxide monoclinic syngony (JCPDS 65-1273). According to scanning electron microscopy (SEM), the MoO 2 / C composite is formed by particles with the morphology of a nanowire several microns long and 80–120 nm wide (Q. Gao, L. Yang, X. Lu, J. Mao, Y. Zhang, Y. Wu, Y. Tang, Synthesis, characterization and lithium-storage performance of MoO 2 / carbon hybrid nanowires // J. Mater. Chem. 2010. V. 20. P. 2807-2812).

Недостатком известного способа является использование ядовитого и пожароопасного анилина, оказывающего негативное воздействие на центральную нервную и кровеносную систему и относящегося ко второму классу опасности. Предельно допустимая концентрация анилина в воздухе рабочей зоны составляет 0.3 мг/м3.The disadvantage of this method is the use of poisonous and flammable aniline, which has a negative effect on the central nervous and circulatory system and belongs to the second class of danger. The maximum allowable concentration of aniline in the air of the working area is 0.3 mg / m 3 .

Известен способ получения композита диоксид молибдена/углерод MoO2/C, включающий растворение в воде при перемешивании парамолибдата аммония (NH4)6Mo7O24⋅4H2O и аскорбиновой кислоты C6H8O6. Затем помещают реакционную смесь в автоклав и осуществляют гидротермальную обработку при температуре 180оС в течение 6–48 часов. После чего продукт промывают водой, этанолом и сушат при 80оС. Согласно СЭМ полученный композит образован частицами размером 15-25 нм (B. Liu, X. Zhao, Y. Tian, D. Zhao, C. Hu, M. Cao. A simple reduction process to synthesize MoO2/C composites with cage-like structure for high performance lithium-ion batteries // Phys. Chem. Chem. Phys. 2013. V. 5. P. 8831-8837).A known method of producing a composite of molybdenum dioxide / carbon MoO 2 / C, including dissolving in water with stirring ammonium paramolybdate (NH 4 ) 6 Mo 7 O 24 ⋅ 4H 2 O and ascorbic acid C 6 H 8 O 6 . The reaction mixture was then placed in an autoclave and the hydrothermal treatment is carried out at a temperature of 180 ° C for 6-48 hours. After which the product was washed with water, ethanol and dried at about 80 C. According to SEM resulting composite is formed by particles of 15-25 nm (B. Liu, X. Zhao, Y. Tian, D. Zhao, C. Hu, M. Cao. A simple reduction process to synthesize MoO 2 / C composites with cage-like structure for high performance lithium-ion batteries // Phys. Chem. Chem. Phys. 2013. V. 5. P. 8831-8837).

Недостатком известного способа является длительность процесса (до 48 ч), а также его сложность, обусловленная использованием автоклавного оборудования.The disadvantage of this method is the duration of the process (up to 48 hours), as well as its complexity due to the use of autoclave equipment.

Известен способ получения композита диоксид молибдена/углерод MoO2/C с использованием этиленгликоля C2H4(OH)2 как источника углерода. В известном способе порошок молибдена растворяют в 15%-ном растворе пероксида водорода Н2О2. Затем к раствору пероксомолибдата добавляют этиленгликоль. Полученную реакционную массу подвергают двухступенчатому нагреву. Первоначально - гидротермально в автоклаве при температуре 200оС в течение 24 ч, а затем отжиг ведут при 500оС в течение 5 ч в атмосфере азота. Согласно СЭМ полученный композит образован слабоагломерированными частицами размером 10 нм (L. Zhou, H.B. Wu, Z. Wang, X.W.(D.) Lou. Interconnected MoO2 nanocrystals with carbon nanocoating as high-capacity anode materials for lithium-ion batteries // ACS Appl. Mater. Interfaces 2011. V. 3. P. 4853–4857).A known method of producing a composite of molybdenum dioxide / carbon MoO 2 / C using ethylene glycol C 2 H 4 (OH) 2 as a carbon source. In the known method, the molybdenum powder is dissolved in a 15% solution of hydrogen peroxide H 2 About 2 . Then ethylene glycol is added to the peroxomolybdate solution. The resulting reaction mass is subjected to two-stage heating. Originally - hydrothermally autoclaved at 200 ° C for 24 h, and then annealing was carried out at 500 ° C for 5 hours under a nitrogen atmosphere. According to SEM, the resulting composite is formed by 10 nm weakly agglomerated particles (L. Zhou, HB Wu, Z. Wang, XW (D.) Lou. Interconnected MoO 2 nanocrystals with carbon nanocoating as high-capacity anode materials for lithium-ion batteries // ACS Appl. Mater. Interfaces 2011. V. 3. P. 4853–4857).

Недостатком известного способа является использование ядовитого и горючего этиленгликоля, относящегося к третьему классу опасности, а также длительность процесса (до 29 ч) и его сложность, обусловленная использованием автоклавного оборудования.The disadvantage of this method is the use of toxic and combustible ethylene glycol belonging to the third hazard class, as well as the duration of the process (up to 29 hours) and its complexity due to the use of autoclave equipment.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ получения композита диоксид молибдена/углерод MoO2/C, в котором порошок молибдена Мо растворяют при охлаждении в 30%-ном растворе пероксида водорода Н2О2. Полученный реакционный раствор разбавляют до концентрации 0.1 М, а затем загружают в автоклав и выдерживают в гидротермальных условиях при температуре 180оС в течение 24 ч. Полученный осадок фильтруют, промывая водой. На второй стадии с помощью ультразвука α-MoO3 диспергируют в воде, затем добавляют глюкозу C6H12O6 и этанол C2H5OH. Полученную реакционную массу загружают в автоклав, выдерживают при температуре 180оС в течение 15 ч, затем фильтруют, промывают, сушат в вакууме при 70оС. Конечный продукт отжигают в атмосфере аргона при температуре 600оС в течение 5 ч. По данным рентгенофазового анализа состав полученного продукта индексируется как MoO2 моноклинной сингонии (JCPDS 65-1273). Согласно просвечивающей (ПЭМ) и сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) частицы MoO2/C имеют морфологию наноремней шириной ~300 нм (L. Yang, L. Liu, Y. Zhu, X. Wang, Y. Wu. Preparation of carbon coated MoO2 nanobelts and their high performance as anode materials for lithium ion batteries // J. Mater. Chem. 2012. V. 22. P. 13148–13152) (прототип).Closest to the proposed method is a method for producing a composite of molybdenum dioxide / carbon MoO 2 / C, in which the powder of molybdenum Mo is dissolved upon cooling in a 30% solution of hydrogen peroxide H 2 O 2 . The resulting reaction solution was diluted to a concentration of 0.1 M and then loaded into an autoclave and kept in hydrothermal conditions at 180 ° C for 24 hours. The resulting precipitate was filtered, washing with water. In the second stage, using ultrasound, α-MoO 3 is dispersed in water, then glucose C 6 H 12 O 6 and ethanol C 2 H 5 OH are added. The reaction mixture is charged to an autoclave maintained at 180 ° C for 15 hours, then filtered, washed, dried in vacuo at 70 C. The final product is annealed in an argon atmosphere at a temperature of 600 ° C for 5 hours. By X-ray diffraction data analysis of the composition of the obtained product is indexed as MoO 2 monoclinic syngony (JCPDS 65-1273). According to transmission (TEM) and scanning electron microscopy (SEM), MoO 2 / C particles have a nanosized morphology with a width of ~ 300 nm (L. Yang, L. Liu, Y. Zhu, X. Wang, Y. Wu. Preparation of carbon coated MoO 2 nanobelts and their high performance as anode materials for lithium ion batteries // J. Mater. Chem. 2012. V. 22. P. 13148-13152) (prototype).

Недостатками известного способа являются многостадийность, а также длительность процесса (до 44 ч) и его сложность, обусловленная использованием автоклавного оборудования.The disadvantages of this method are multi-stage, as well as the duration of the process (up to 44 hours) and its complexity due to the use of autoclave equipment.

Таким образом, перед авторами стояла задача разработать более простой и технологичный способ получения композита диоксид молибдена/углерод, позволяющий также сократить длительность процесса. Thus, the authors were faced with the task of developing a simpler and more technologically advanced method for producing a molybdenum dioxide / carbon composite, which also allowed to reduce the duration of the process.

Поставленная задача решена в предлагаемом способе получения композита диоксид молибдена/углерод состава MoO2/C, включающем растворение порошка металлического молибдена в пероксиде водорода с последующим добавлением углеродсодержащего агента, сушку и отжиг в инертной атмосфере, в котором в качестве углеродсодержащего агента используют винную кислоту, вводимую в молярном соотношении молибден:винная кислота = 1:0.75÷2, а отжиг ведут при температуре 490-550оС в течение 1-2 часов.The problem is solved in the proposed method for producing a composite of molybdenum dioxide / carbon of the composition MoO 2 / C, comprising dissolving a powder of metallic molybdenum in hydrogen peroxide followed by the addition of a carbon-containing agent, drying and annealing in an inert atmosphere, in which tartaric acid is used as the carbon-containing agent, introduced in a molar ratio Mo: tartaric acid = 1: 0.75 ÷ 2, and annealing was carried out at a temperature of 490-550 C for 1-2 hours.

В настоящее время из патентной и научно-технической литературы не известен способ получения композита диоксид молибдена/углерод MoO2/C с использованием в качестве углеродсодержащего реагента винной кислоты в предлагаемых авторами условиях.Currently, from the patent and scientific literature there is no known method for producing a molybdenum dioxide / carbon composite MoO 2 / C using tartaric acid as a carbon-containing reagent under the conditions proposed by the authors.

Исследования, проведенные авторами, позволили сделать вывод, что композит диоксид молибдена/углерод MoO2/C может быть получен простым и технологичным способом при условии использования винной кислоты C4H6O6, являющейся источником углерода. Видимо, это объясняется тем, что винная кислота, относящаяся к оксикарбоновым кислотам, отличается наличием не только двух карбоксильных групп (О=С-ОН), свойственных для всех карбоновых кислот, но и двух гидроксильных групп (С-ОН), свойственных для спиртов. Это позволяет указанному реагенту проявлять свойства, характерные как для кислот (диссоциация), так и для спиртов, участвуя в окислительно-восстановительных реакциях. При этом, как показали экспериментальные исследования, происходит мягкое восстановление ионов молибдена(VI) до молибдена(IV). Кроме того, проведение синтеза в условиях жидкофазного взаимодействия химических ингредиентов обеспечивает равномерное формирование оксидной и углеродной составляющих композита. The studies conducted by the authors led to the conclusion that the composite molybdenum dioxide / carbon MoO 2 / C can be obtained in a simple and technologically advanced way, provided that tartaric acid C 4 H 6 O 6 is used , which is a carbon source. Apparently, this is due to the fact that tartaric acid, which belongs to hydroxycarboxylic acids, is distinguished by the presence of not only two carboxyl groups (O = C-OH), which is characteristic of all carboxylic acids, but also two hydroxyl groups (C-OH), characteristic of alcohols . This allows the specified reagent to exhibit properties characteristic of both acids (dissociation) and alcohols, participating in redox reactions. Moreover, as experimental studies have shown, there is a soft reduction of molybdenum (VI) ions to molybdenum (IV). In addition, the synthesis in the conditions of liquid-phase interaction of chemical ingredients ensures uniform formation of oxide and carbon components of the composite.

Исследования, проведенные авторами, позволили установить, что для получения композита состава MoO2/C в случае использования углеродной компоненты в твердом состоянии (в виде графена, мезопористого углерода, графина или какой-либо другой аллотропной модификации углерода) невозможно достичь равномерного распределения углерода на поверхности частиц диоксида молибдена. Использование авторами в качестве реакционной смеси водного раствора винной кислоты C4H6O6, как источника углерода, и полученного при взаимодействии пероксида водорода и металлического молибдена раствора пероксомолибденовой кислоты H2MoO5, как источника молибдена, позволяет осуществлять жидкофазный синтез, и вводить углерод в состав композита in situ. Кроме того, проведение реакции взаимодействия между пероксомолибденовой кислотой H2MoO5 и винной кислотой C4H6O6 в растворе дополнительно способствует гомогенизации конечного продукта. Формирование кристаллической структуры композита MoO2/C завершается термолизом реакционной массы в инертной атмосфере. Такой подход к осуществлению процесса получения композита MoO2/C обеспечивает простоту и технологичность его выполнения, а также надежность равномерного распределения углеродной составляющей композита. Гомогенное диспергирование углерода в композите предотвращает агрегацию частиц конечного продукта, увеличивает проводимость системы, что в конечном итоге повышает стабильность работы различных устройств, изготовленных на основе композита диоксид молибдена/углерод как материала.The studies conducted by the authors allowed us to establish that to obtain a composite of MoO 2 / C in the case of using the carbon component in the solid state (in the form of graphene, mesoporous carbon, decanter or some other allotropic modification of carbon) it is impossible to achieve a uniform distribution of carbon on the surface particles of molybdenum dioxide. The use by the authors as a reaction mixture of an aqueous solution of tartaric acid C 4 H 6 O 6 as a carbon source, and a solution of peroxomolybdenum acid H 2 MoO 5 obtained as a source of molybdenum obtained by the interaction of hydrogen peroxide and molybdenum, allows liquid-phase synthesis and carbon in the composition of the composite in situ. In addition, the reaction between the peroxomolybdic acid H 2 MoO 5 and tartaric acid C 4 H 6 O 6 in solution further contributes to the homogenization of the final product. The formation of the crystal structure of the MoO 2 / C composite is completed by thermolysis of the reaction mass in an inert atmosphere. Such an approach to the implementation of the process for producing the MoO 2 / C composite ensures the simplicity and manufacturability of its implementation, as well as the reliability of uniform distribution of the carbon component of the composite. Homogeneous dispersion of carbon in the composite prevents aggregation of particles of the final product, increases the conductivity of the system, which ultimately increases the stability of various devices made on the basis of the composite molybdenum dioxide / carbon as a material.

Авторами экспериментальным путем было установлено, что существенным фактором, определяющим состав и структуру конечного продукта является использование молибдена и винной кислоты в молярном соотношении молибден:винная кислота = 1:0.75÷2. При уменьшении молярного соотношения исходных компонентов реакционной массы (содержание винной кислоты по отношению к молибдену меньше, чем 0.75) в продуктах реакции наблюдается в качестве примеси триоксид молибдена MoO3. При увеличении молярного соотношения исходных компонентов реакционной массы (содержание винной кислоты по отношению к молибдену больше чем 2) дополнительно с основной фазой MoO2/C образуются оксиды молибдена с переменной валентностью, так называемые фазы Магнели, общей формулы MonO2n-1. Также при снижении температуры термолиза менее 490оС или при повышении ее выше 550оС в конечном продукте появляются примесные фазы оксидов молибдена. Кроме того, при повышении температуры термолиза наблюдается агломерация частиц и уменьшение содержания углерода в композите MoO2/C.The authors experimentally found that a significant factor determining the composition and structure of the final product is the use of molybdenum and tartaric acid in a molar ratio of molybdenum: tartaric acid = 1: 0.75 ÷ 2. With a decrease in the molar ratio of the initial components of the reaction mass (the content of tartaric acid with respect to molybdenum is less than 0.75) in the reaction products, MoO 3 molybdenum trioxide is observed as an impurity. With an increase in the molar ratio of the initial components of the reaction mass (the content of tartaric acid with respect to molybdenum is greater than 2), molybdenum oxides with variable valency, the so-called Magnely phases, of the general formula Mo n O 2n-1, are additionally formed with the main MoO 2 / C phase. Also when reducing the thermolysis temperature of less than 490 C or by increasing its above 550 ° C in the final product impurity phases appear molybdenum oxides. In addition, with an increase in the thermolysis temperature, particle agglomeration and a decrease in the carbon content in the MoO 2 / C composite are observed.

На фиг. 1 представлена экспериментальная рентгенограмма композита диоксид молибдена/углерод MoO2/C и позиции дифракционных линий на теоретической дифрактограмме диоксида молибдена MoO2.In FIG. Figure 1 shows the experimental X-ray diffraction pattern of the molybdenum dioxide / carbon MoO 2 / C composite and the positions of the diffraction lines in the theoretical diffraction pattern of the molybdenum dioxide MoO 2 .

На фиг. 2 приведено изображение композита диоксид молибдена/углерод MoO2/C с шарообразной морфологией частиц, полученное на просвечивающем электронном микроскопе (ПЭМ) высокого разрешения.In FIG. Figure 2 shows an image of a molybdenum dioxide / carbon composite MoO 2 / C with a spherical particle morphology obtained using a high resolution transmission electron microscope (TEM).

На фиг. 3 представлен КР-спектр композита диоксид молибдена/углерод MoO2/C.In FIG. Figure 3 shows the Raman spectrum of a molybdenum dioxide / carbon MoO 2 / C composite.

Предлагаемый способ может быть осуществлен следующим образом. Берут порошок молибдена Mo и растворяют его в 30%-ном пероксиде водорода H2O2 до получения прозрачного раствора желтого цвета. К полученному раствору при перемешивании добавляют порошок винной кислоты C4H6O6, взятой в молярном соотношении молибден:винная кислота = 1:0.75÷2. Перемешивание ведут до полного растворения винной кислоты. Полученный раствор синего цвета сушат на воздухе при температуре 50-60оС в течение 1-4 ч. Затем гомогенную смесь отжигают в токе инертного газа (азота или аргона) при температуре 490-550оС в течение 1-2 ч. Аттестацию полученного продукта проводят с помощью рентгенофазового анализа (РФА), просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ) и КР-спектроскопии. Содержание углерода в композите определяли термогравиметрическим методом. По данным РФА полученный порошок является композитом диоксид молибдена/углерод MoO2/C на основе моноклинной структуры диоксида молибдена MoO2 с параметрами элементарной ячейки a = 5.606 Å, b = 4.859 Å, c = 5.537 Å и β = 119.37о (фиг. 1). Согласно ПЭМ частицы MoO2/C имеют морфологию шаров диаметром 15-20 нм (фиг. 2). Наличие свободного углерода в композите диоксид молибдена/углерод MoO2/C подтверждается КР-спектроскопией (фиг. 3). На КР-спектре наблюдается G–полоса (graphitic) с частотой 1584 см-1, характеризующая колебания графитоподобной системы sp2–углеродных связей, и D-полоса (disordered) с частотой 1383 см-1, описывающая разупорядоченный углерод в sp3–состоянии. По данным химического анализа концентрация углерода в композите MoO2/C равна 7.4 вес.%. The proposed method can be implemented as follows. Mo molybdenum powder is taken and dissolved in 30% hydrogen peroxide H 2 O 2 until a clear yellow solution is obtained. To the resulting solution, with stirring, add tartaric acid powder C 4 H 6 O 6 taken in a molar ratio of molybdenum: tartaric acid = 1: 0.75 ÷ 2. Stirring is carried out until the tartaric acid is completely dissolved. The resulting blue solution was dried in air at 50-60 ° C for 1-4 hours. The homogeneous mixture was calcined in a stream of inert gas (nitrogen or argon) at a temperature of 490-550 C for 1-2 hours. The obtained attestation the product is carried out using x-ray phase analysis (XRD), transmission electron microscopy (TEM) and Raman spectroscopy. The carbon content in the composite was determined by the thermogravimetric method. According to the XRD data, the obtained powder is a composite of molybdenum dioxide / carbon MoO 2 / C based on the monoclinic structure of molybdenum dioxide MoO 2 with unit cell parameters a = 5.606 Å, b = 4.859 Å, c = 5.537 Å and β = 119.37 о (Fig. 1 ) According to TEM, MoO 2 / C particles have a morphology of balls with a diameter of 15-20 nm (Fig. 2). The presence of free carbon in the molybdenum dioxide / carbon composite MoO 2 / C is confirmed by Raman spectroscopy (Fig. 3). On the Raman spectrum, there is a G – band (graphitic) with a frequency of 1584 cm –1 , characterizing vibrations of a graphite-like system of sp 2 –carbon bonds, and a D-band (disordered) with a frequency of 1383 cm –1 , describing disordered carbon in the sp 3 –state . According to chemical analysis, the carbon concentration in the MoO 2 / C composite is 7.4 wt.%.

Пример 1. Берут 1,0 г порошка молибдена Mo и растворяют его в 25 мл 30%-ного раствора пероксида водорода H2O2. К полученному раствору добавляют 1.5645 г винной кислоты C4H6O6 (молярное соотношение молибден:винная кислота = 1 : 1). Полученный раствор сушат на воздухе при температуре 60оС в течение 2 ч. Затем гомогенную смесь помещают печь, нагревают в токе азота до 490оС и выдерживают 2 ч. По данным РФА, ПЭМ, КР-спектроскопии и термогравиметрического анализа полученный продукт является композитом МоO2/C на основе моноклинной сингонии диоксида молибдена с концентрацией углерода, равной 7.4 вес.%, состоящим из частиц с морфологией шаров диаметром 15-20 нм.Example 1. Take 1.0 g of powder of molybdenum Mo and dissolve it in 25 ml of a 30% solution of hydrogen peroxide H 2 O 2 . To the resulting solution was added 1.5645 g of tartaric acid C 4 H 6 O 6 (molar ratio molybdenum: tartaric acid = 1: 1). The resulting solution was dried in air at 60 ° C for 2 hours. The homogeneous mixture was placed oven, heated in nitrogen to 490 ° C and maintained for 2 hours. According to XRD, TEM, Raman spectroscopy and thermogravimetric analysis, the obtained product is a composite MoO 2 / C based on monoclinic syngony of molybdenum dioxide with a carbon concentration of 7.4 wt.%, Consisting of particles with a morphology of balls with a diameter of 15-20 nm.

Пример 2. Берут 1,0 г порошка молибдена Mo и растворяют его в 20 мл 30%-ного раствора пероксида водорода H2O2. К полученному раствору добавляют 1.1734 г винной кислоты C4H6O6 (молярное соотношение молибден:винная кислота = 1:0.75). Полученный раствор сушат на воздухе при температуре 60оС в течение 2 ч. Затем гомогенную смесь помещают печь, нагревают в токе азота до 550оС и выдерживают 1 ч. По данным РФА, ПЭМ, КР-спектроскопии и термогравиметрического анализа полученный продукт является композитом МоO2/C на основе моноклинной сингонии диоксида молибдена с концентрацией углерода, равной 7.4 вес.%, состоящим из частиц с морфологией шаров диаметром 15-20 нм.Example 2. Take 1.0 g of powder of molybdenum Mo and dissolve it in 20 ml of a 30% solution of hydrogen peroxide H 2 O 2 . To the resulting solution was added 1.1734 g of tartaric acid C 4 H 6 O 6 (molar ratio molybdenum: tartaric acid = 1: 0.75). The resulting solution was dried in air at 60 ° C for 2 hours. The homogeneous mixture was placed oven, heated in nitrogen to 550 ° C and held 1 hour. According to XRD, TEM, Raman spectroscopy and thermogravimetric analysis, the obtained product is a composite MoO 2 / C based on monoclinic syngony of molybdenum dioxide with a carbon concentration of 7.4 wt.%, Consisting of particles with a morphology of balls with a diameter of 15-20 nm.

Пример 3. Берут 1,0 г порошка молибдена Mo и растворяют его в 15 мл 30%-ного раствора пероксида водорода H2O2. К полученному раствору добавляют 3.1290 г винной кислоты C4H6O6 (молярное соотношение молибден:винная кислота = 1:2). Полученный раствор сушат на воздухе при температуре 60оС в течение 2 ч. Затем гомогенную смесь помещают печь, нагревают в токе азота до 500оС и выдерживают 1 ч. По данным РФА, ПЭМ, КР-спектроскопии и термогравиметрического анализа полученный продукт является композитом МоO2/C на основе моноклинной сингонии диоксида молибдена с концентрацией углерода, равной 7.4 вес.%, состоящим из частиц с морфологией шаров диаметром 15-20 нм.Example 3. Take 1.0 g of powder of molybdenum Mo and dissolve it in 15 ml of a 30% solution of hydrogen peroxide H 2 O 2 . To the resulting solution was added 3.1290 g of tartaric acid C 4 H 6 O 6 (molar ratio molybdenum: tartaric acid = 1: 2). The resulting solution was dried in air at 60 ° C for 2 hours. The homogeneous mixture was placed oven, heated in nitrogen to 500 ° C and held 1 hour. According to XRD, TEM, Raman spectroscopy and thermogravimetric analysis, the obtained product is a composite MoO 2 / C based on monoclinic syngony of molybdenum dioxide with a carbon concentration of 7.4 wt.%, Consisting of particles with a morphology of balls with a diameter of 15-20 nm.

Таким образом, авторами предлагается простой и технологичный способ получения композита диоксид молибдена/углерод МоO2/C, позволяющий значительно сократить его длительность. Thus, the authors propose a simple and technologically advanced method for producing a composite of molybdenum dioxide / carbon MoO 2 / C, which can significantly reduce its duration.

Claims (1)

Способ получения композита диоксид молибдена/углерод, включающий растворение порошка металлического молибдена в пероксиде водорода с последующим добавлением углеродсодержащего агента, сушку и отжиг в инертной атмосфере, отличающийся тем, что в качестве углеродсодержащего агента используют винную кислоту, вводимую в молярном соотношении молибден:винная кислота = 1:0,75÷2, а отжиг ведут при температуре 490-550оС в течение 1-2 часов.A method of producing a molybdenum dioxide / carbon composite comprising dissolving a metal molybdenum powder in hydrogen peroxide followed by adding a carbon-containing agent, drying and annealing in an inert atmosphere, characterized in that tartaric acid introduced in a molar ratio of molybdenum: tartaric acid = is used as the carbon-containing agent 1: 0,75 ÷ 2, and annealing was carried out at a temperature of 490-550 C for 1-2 hours.
RU2017118827A 2017-05-31 2017-05-31 Molybdenum dioxide / carbon composite production method RU2656466C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017118827A RU2656466C1 (en) 2017-05-31 2017-05-31 Molybdenum dioxide / carbon composite production method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017118827A RU2656466C1 (en) 2017-05-31 2017-05-31 Molybdenum dioxide / carbon composite production method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2656466C1 true RU2656466C1 (en) 2018-06-05

Family

ID=62560271

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017118827A RU2656466C1 (en) 2017-05-31 2017-05-31 Molybdenum dioxide / carbon composite production method

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2656466C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109473650A (en) * 2018-11-09 2019-03-15 东北大学秦皇岛分校 A kind of MoO2/ rGO composite material and preparation method and application
RU2732249C1 (en) * 2020-04-09 2020-09-14 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии твердого тела Уральского отделения Российской академии наук Ion-selective material for potassium ions determination

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2356840C1 (en) * 2007-08-22 2009-05-27 Институт химии твердого тела Уральского отделения Российской Академии наук Solid solution based on molybdenum oxide, method of obtaining it and use as magnetic material
CN102623677A (en) * 2012-04-09 2012-08-01 华中科技大学 Process for producing high capacity molybdenum dioxide/carbon cathode materials
CN104347877A (en) * 2013-07-31 2015-02-11 北京海特远舟新能源科技有限公司 A nanometer level graphene-based composite material and a preparing method thereof

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2356840C1 (en) * 2007-08-22 2009-05-27 Институт химии твердого тела Уральского отделения Российской Академии наук Solid solution based on molybdenum oxide, method of obtaining it and use as magnetic material
CN102623677A (en) * 2012-04-09 2012-08-01 华中科技大学 Process for producing high capacity molybdenum dioxide/carbon cathode materials
CN104347877A (en) * 2013-07-31 2015-02-11 北京海特远舟新能源科技有限公司 A nanometer level graphene-based composite material and a preparing method thereof

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
L.Yang, L.Liu, Y.Zhu, X.Wang, Y.Wu, Preparation of carbon coated MO 2 nanobelts and their high performance as anode materials for lithium ion batteries, Journal of Materials Chemistry, 2012, v.22, p. 13148-13152. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109473650A (en) * 2018-11-09 2019-03-15 东北大学秦皇岛分校 A kind of MoO2/ rGO composite material and preparation method and application
RU2732249C1 (en) * 2020-04-09 2020-09-14 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии твердого тела Уральского отделения Российской академии наук Ion-selective material for potassium ions determination

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Yang et al. Synthesis and microwave modification of CuO nanoparticles: Crystallinity and morphological variations, catalysis, and gas sensing
Zhu et al. Further construction of MnO2 composite through in-situ growth on MXene surface modified by carbon coating with outstanding catalytic properties on thermal decomposition of ammonium perchlorate
Zheng et al. In-situ synthesis of MnCo2O4. 5 nanosheets on reduced graphene oxide for a great promotion in the thermal decomposition of ammonium perchlorate
He et al. MXene derivatives for energy storage applications
Zhang et al. Optical and electrochemical properties of nanosized CuO via thermal decomposition of copper oxalate
Zhang et al. Synthesis of hexagonal-symmetry α-iron oxyhydroxide crystals using reduced graphene oxide as a surfactant and their Li storage properties
KR101954792B1 (en) Method of manufacturing metal-loaded TiO2/graphene composites through one-pot hydrothermal synthesis and the TiO2/graphene composites manufactured by the same
Sharma et al. Large-scale surfactant-free synthesis of WS 2 nanosheets: an investigation into the detailed reaction chemistry of colloidal precipitation and their application as an anode material for lithium-ion and sodium-ion batteries
KR20130015719A (en) A complex comprising a mesoporous silicon oxide and a graphene, and method for preparing the same
Mohamed et al. A novel one-pot facile economic approach for the mass synthesis of exfoliated multilayered nitrogen-doped graphene-like nanosheets: new insights into the mechanistic study
Hosseini et al. Highly dispersed Ni–Mn bimetallic nanoparticles embedded in 3D nitrogen-doped graphene as an efficient catalyst for the thermal decomposition of ammonium perchlorate
Yin et al. Enhanced microwave absorption properties of CeO2 nanoparticles supported on reduced graphene oxide
Zakharova et al. Microwave-assisted hydrothermal synthesis and electrochemical studies of α-and h-MoO 3
RU2656466C1 (en) Molybdenum dioxide / carbon composite production method
US20140147368A1 (en) Method for preparing graphene oxide
Guan et al. RGO/KMn8O16 composite as supercapacitor electrode with high specific capacitance
Liu et al. Dense, three-dimensional, highly absorbent, graphene oxide aerogel coating on ZnCo2O4/ZnO particles exerts a synergistic catalytic effect for ammonium perchlorate thermal decomposition
CN108080005B (en) Preparation method of 1T' phase tungsten sulfide of high-catalytic-activity electrocatalyst
Mahmoud et al. Facile synthesis of high yield two dimensional zinc vanadate nanoflakes
Cao et al. Facile synthesis of bead-chain structured MWCNTs@ CeO2 with oxygen vacancies-rich for promoting electrochemical energy storage
US10662506B2 (en) Method for producing platinum-based alloy powder
CN112246264B (en) Molybdenum carbide metal molybdenum silicon carbide ternary composite material, preparation method thereof and effect of molybdenum carbide metal molybdenum silicon carbide ternary composite material on photocatalytic hydrogen production
Beyene et al. Understanding the role of oxygen ion (O 2−) activity in 1-D crystal growth of rutile TiO 2 in molten salts
KR20090093096A (en) ZnO Quantum Dots with Monodisperse and High Quality Photoluminescence and Process for Preparing Same
RU2683094C1 (en) Method for obtaining composite of lithium orthovanadate / carbon

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20200601