[發明專利]一種一維同軸雙納米管復合材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201910014494.1
• 申請日: 2019-01-07
• 公開（公告）號: CN109728287B
• 公開（公告）日: 2022-06-28
• 發明（設計）人: 劉代伙;呂曉;楊林;白正宇
• 申請（專利權）人: 河南師范大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M4/62;H01M10/0525;B82Y30/00
• 代理公司: 新鄉市平原智匯知識產權代理事務所(普通合伙) 41139
• 代理人: 路寬

1. 一種一維同軸雙納米管復合材料，其特征在于：該復合材料是由α-MnSe₂內管和氮摻雜碳納米管外管（N-C外管）組成的平均長度0.5-10μm、平均直徑約100nm的一維同軸雙納米管α-MnSe₂@N-C DNTs，其中α-MnSe₂內管和氮摻雜碳納米管外管緊緊生長在一起形成同軸的中空雙納米管結構。

2.根據權利要求1所述的一維同軸雙納米管復合材料，其特征在于：所述一維同軸雙納米管α-MnSe₂@N-C DNTs中α-MnSe₂的質量百分含量為5%-90%，N-C DNTs的質量百分含量為10%-95%。

3.根據權利要求1所述的一維同軸雙納米管復合材料，其特征在于：所述氮摻雜碳納米管外管的平均壁厚為2-50nm。

4.一種權利要求1-3中任意一項所述的一維同軸雙納米管復合材料的制備方法，其特征在于具體過程為：

步驟S1：將KMnO₄加入水中攪拌，再加入質量分數為36%的鹽酸溶液并攪拌混合均勻，然后將混合溶液轉移至不銹鋼高壓釜中于140℃水熱反應得到α-MnO₂ NTs前驅體；

步驟S2：將步驟S1得到的α-MnO₂ NTs前驅體加入到三羥甲基氨基甲烷緩沖溶液中，再加入鹽酸多巴胺進行反應在α-MnO₂ NTs前驅體表面包覆一層聚多巴胺得到α-MnO₂@PDA DNTs中間產物；

步驟S3：在惰性氣體保護下，將步驟S2得到的α-MnO₂@PDA DNTs中間產物置于管式爐中以1-10℃/min的升溫速率升溫至300-900℃煅燒得到MnO@N-C DNTs；

步驟S4：將步驟S3得到的MnO@N-C DNTs與Se粉按MnO:Se=1:1.1的摩爾比混合，再將混合物置于石英玻璃管中抽真空，然后置于管式爐中以1-15℃/min的升溫速率升溫至300-750℃煅燒得到一維同軸雙納米管復合材料α-MnSe₂@N-C DNTs。

5.根據權利要求4所述的一維同軸雙納米管復合材料的制備方法，其特征在于具體步驟為：

步驟S1：將0.658g KMnO₄加入70mL水中攪拌25min，再加入2.5mL質量分數為36%的鹽酸溶液并攪拌15min混合均勻，然后將混合溶液轉移至100mL的不銹鋼高壓釜中于140℃水熱反應10h，真空抽濾，用去離子水反復洗滌沉淀，于80℃干燥10h得到α-MnO₂ NTs前驅體；

步驟S2：將600mg步驟S1得到的α-MnO₂ NTs前驅體加入到750mL摩爾濃度為10mmol/L的三羥甲基氨基甲烷緩沖溶液中，先室溫攪拌5min再超聲5min，然后再室溫磁力攪拌30min，隨后加入300mg鹽酸多巴胺，再持續攪拌6h，離心分離，用乙醇和去離子水反復洗滌沉淀，于80℃干燥8h得到α-MnO₂@PDA DNTs中間產物；

步驟S3：在高純氮氣保護下，將步驟S2得到的α-MnO₂@PDA DNTs中間產物置于管式爐中以3℃/min的升溫速率升溫至400℃煅燒2h，自然冷卻至室溫得到MnO@N-C DNTs；

步驟S4：將步驟S3得到的MnO@N-C DNTs與Se粉按MnO:Se=1:1.1的摩爾比混合，再將混合物置于石英玻璃管中抽真空，然后置于管式爐中以10℃/min的升溫速率升溫至500℃煅燒50h，自然冷卻至室溫得到一維同軸雙納米管復合材料α-MnSe₂@N-C DNTs。

6.權利要求1-3中任意一項所述的一維同軸雙納米管復合材料在鋰離子電池負極材料中的應用，由于一維同軸雙納米管復合材料α-MnSe₂@N-C DNTs具有特殊的結構形貌和高的電導率，展示出優異的儲鋰倍率性能和超長的高倍率循環性能。