[發明專利]一種氮摻雜碳包覆碲化鋅納米線的制備方法及其作為鈉離子電池負極材料的應用

有效

• 申請號: 201810360123.4
• 申請日: 2018-04-20
• 公開（公告）號: CN108365211B
• 公開（公告）日: 2020-05-01
• 發明（設計）人: 張朝峰;邱立峰;李春曉;饒娟;陳東;丘德立
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M4/62;H01M10/054;B82Y30/00
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 喬恒婷

本發明公開了一種氮摻雜碳包覆碲化鋅納米線的制備方法及其作為鈉離子電池負極材料的應用，首先利用水熱法合成碲納米線，通過與硝酸銀溶液室溫攪拌轉化成碲化銀納米線，再利用離子交換反應與硝酸鋅溶液反應轉化成碲化鋅納米線，最后用鹽酸多巴胺包覆碲化鋅納米線，再經氬氣或者氮氣氛圍下高溫煅燒即獲得氮摻雜碳包覆碲化鋅納米線。本發明復合材料制備方法簡單，原料廉價易得，所得材料用做鈉離子電池負極循環穩定性好、比容量高，可作為一種優異的鈉離子電池負極材料。

技術領域

本發明涉及一種氮摻雜碳包覆碲化鋅納米線的制備方法及其作為鈉離子電池負極材料的應用，屬于納米材料合成領域。

背景技術

據美國地質局估計，全世界最終可采石油儲量為3萬億桶。世界煤炭總可采儲量大約為8475億噸。按當前的消費水平，最多也只能維持200年左右的時間。世界天然氣儲量大約為177萬億立方米。如果年開采量維持在2.3萬億立方米，則天然氣將在80年內枯竭。因此尋找可替代的再生能源十分迫切，電池作為一種可存儲能量的工具對當今世界科技的發展做出巨大的貢獻，但目前市場大多使用的鋰離子電池盡管具有循環性好，無記憶效應等優點，但仍然無法適應人們對容量更高循環更持久的電池需求，況且鋰資源在地殼中含量較少，相比較而言，鈉在地殼中儲量十分豐富，在所有元素中，鈉的含量排第六。近年來有關于鈉離子電池的研究與報道越來越多。因此，鈉離子電池被認為是最有望取代鋰離子電池的全新電池材料。

碲化鋅是一種碲與鋅的化合物，本是一種半導體材料。有大約2.26ev的禁帶寬度，普遍被用在光電學中，比如廣泛使用在半導體設備中，如LEDS，太陽能電池，雷射二極體，微波合成。此外，碲化鋅的密度(6.34g·cm^-3)比同族的化合物ZnO(5.61g·cm^-3)，ZnS(4.09g·cm^-3)和ZnSe(5.27g·cm^-3)高。高密度使得其具有較大的體積容量。碲化鋅的理論容量達到416mAh g^-1(2637mAh cm^-1)。盡管關于ZnTe已經有過其很多化學性質與應用方面的報道，但未證明其作為鈉離子電池材料中的應用。純碲化鋅在直接做電池材料使用時，由于在充放電過程中鈉離子的嵌入與脫出使得材料由于體積膨脹而形貌被破壞，使得電池并不能具有持久的循環性能。

發明內容

本發明旨在提供一種氮摻雜碳包覆碲化鋅納米線的制備方法及其作為鈉離子電池負極材料的應用，可有效提高材料的導電性與循環性能。

氮摻雜的碳具有比純碳更高的導電性，因此采用碳包覆碲化鋅納米線表面，可增加材料導電性的同時再起到抑制碲化鋅體積膨脹的問題。相對的說，一維納米線具有良好的電子傳導，因此本發明選擇制備一維納米線。本發明首先利用水熱法合成碲納米線，通過與硝酸銀溶液室溫攪拌轉化成碲化銀納米線，再利用離子交換反應與硝酸鋅溶液反應轉化成碲化鋅納米線，最后用鹽酸多巴胺包覆碲化鋅納米線，再經氬氣或者氮氣氛圍下高溫煅燒即獲得氮摻雜碳包覆碲化鋅納米線。該材料在作為鈉離子電池負極測試時，其比容量高，循環性能好。

本發明氮摻雜碳包覆碲化鋅納米線的制備方法，包括如下步驟：

步驟1：將Na₂TeO₃(亞碲酸鈉)和PVP(聚乙烯吡咯烷酮)粉末加入乙二醇中攪拌至完全溶解，然后依次加入丙酮、氨水(25-27wt％)、水合肼(80wt％)，裝入聚四氟乙烯內襯中，再放入不銹鋼高溫高壓反應釜中，加熱至180℃并保持4h；反應結束后冷卻至室溫，離心分離并用丙酮洗滌，得到純凈的Te(碲)納米線；

步驟2：將步驟1制得的Te納米線加入乙二醇中超聲攪拌至分散均勻，然后加入硝酸銀的乙二醇溶液，室溫攪拌反應1小時，反應結束后離心分離并用去離子水洗滌，得到純凈的Ag₂Te(碲化銀)納米線；