[發明專利]一種錫摻雜誘導合成1T-2H混相少層二硫化鉬-小球藻衍生碳復合材料的制備和應用

有效

• 申請號: 201910016729.0
• 申請日: 2019-01-08
• 公開（公告）號: CN109742362B
• 公開（公告）日: 2021-09-28
• 發明（設計）人: 曾令興;羅奮強;程涵;陳婷;陳曉燕;錢慶榮;陳慶華;黃寶銓;肖荔人
• 申請（專利權）人: 福建師范大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M4/62;H01M10/054;B82Y30/00
• 代理公司: 福州君誠知識產權代理有限公司 35211
• 代理人: 戴雨君

本發明涉及一種具有大容量儲鈉特性的錫摻雜誘導合成混相（1T?2H）二硫化鉬?小球藻衍生碳復合材料制備和應用。技術方案如下：首先將小球藻、鉬源和錫源按原料質量份配比1：2?5：0.2?2的比例加入到去離子水中，攪拌一定時間后離心烘干，得到墨綠色塊狀固體。而后煅燒硫化制得1T?2H混相少層二硫化鉬?小球藻衍生碳復合材料。本發明制備工藝簡單，可操作性強，原料來源廣泛，成本低廉，可大規模生產，符合環境要求。結果表明，該鈉離子電池負極材料具有大容量的儲鈉特能。該材料中的二硫化鉬為少層結構（1?4層），具有超小納米粒徑（5?10 nm），并且同時具有1T和2H相的二硫化鉬。

技術領域

本發明屬于鈉離子電池材料制備技術領域，尤其涉及一種具有大容量儲鈉特性的錫摻雜誘導合成混相(1T-2H)二硫化鉬-小球藻衍生碳復合材料制備和應用。

背景技術

由于鋰資源有限且價格高昂，鋰的大量消耗已經使得鋰資源日益匱乏，鈉金屬在地球上的儲備遠比鋰資源多且價格低廉，因此鈉離子電池可作為一種出色的替代品有望替代鋰離子電池應用于我們的生活。傳統的商業化鋰離子電池負極材料石墨在鈉離子電池中比容量低，穩定性差，而二硫化鉬具有特殊的層狀結構，在鈉離子電池中具有很高的比容量。然而鈉離子具有比鋰離子更大的原子半徑，導致電極材料在充放電過程中會產生更大的體積膨脹，導致材料粉化，結構坍塌，影響材料的穩定，且二硫化鉬本身導電性較差。因此通常通過構筑少層結構二硫化鉬或制備碳包覆結構來提升二硫化鉬的電化學性能。二硫化鉬分為半導體相(2H相)和金屬相(1T相)兩種，1T相二硫化鉬具有更高的導電性有利于電子的傳導和鈉離子的脫嵌，2H相二硫化鉬具有更好的穩定性，因此將1T和2H兩相復合有可能具有更好的儲鈉性能。1T相二硫化鉬屬于熱力學介穩相，合成方法非常有限，現有的關于1T相二硫化鉬的報道主要是液相剝離法或水熱合成法。現有關于一步煅燒合成1T-2H混相少層二硫化鉬的報道十分罕見。關于錫摻雜一步煅燒制備1T-2H混相少層二硫化鉬-碳復合物用于鈉離子電池的報道未見記載。

本發明通過生物質小球藻作為前驅體碳源制備1T-2H混相少層二硫化鉬-小球藻衍生碳復合材料。其和一般方法相比區別在于：1、小球藻來自于富營養化的水體中的綠藻，來源廣泛，且變廢為寶，將其作為碳源更符合可持續發展和綠色發展的戰略；2、小球藻作為藻類生物質，體內富含各種官能團和蛋白質，可以吸附金屬離子并原位提供氮磷元素，改性其衍生碳的導電性；3、小球藻在該方法中用作特殊的納米反應器，可以有效阻隔二硫化鉬納米晶的長大，進而構筑少層結構二硫化鉬；4、錫摻雜誘導2H相二硫化鉬部分轉換為高導電性的1T相二硫化鉬；5、通過生物質吸附和一步煅燒合成材料，方法簡單，流程短，具有大規模生產的前景。且結果表明，該鈉離子電池負極材料具有優異的儲鈉性能，具有應用前景。

發明內容

本發明的目的在于提供一種具有大容量儲鈉特性的錫摻雜誘導1T-2H混相二硫化鉬-小球藻衍生碳復合材料的制備方法和應用。本發明工藝簡單，可操作性強，原料來源廣泛，成本低廉，可大規模生產，符合環境要求。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

1)原料質量份配比

2)制備

本發明采用簡單的一步煅燒法制備出具有大容量儲鈉特性的錫摻雜誘導1T-2H混相少層二硫化鉬-小球藻衍生碳復合材料。其具體步驟如下：

根據原料質量份配比，分別稱取小球藻、鉬源和錫源，加入去離子水中，快速攪拌6-24h；離心后沉淀物進行烘干，得到墨綠色塊狀固體；

將所得墨綠色塊狀固體稱重后加入硫粉進行混合，在Ar 95％/H₂ 5％氣氛管式爐中煅燒，得到黑色固體樣品，即為1T-2H混相二硫化鉬-小球藻衍生碳復合材料；

所述的鉬源為系列含鉬鹽，具體為磷鉬酸、鉬酸銨、鉬酸鈉。

所述錫源為系列含錫鹽，具體為硫酸亞錫、氯化亞錫、硫酸錫。