[發明專利]一種碳點調控的金屬硒化物/碳復合材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202111111635.5
• 申請日: 2021-09-23
• 公開（公告）號: CN113571698B
• 公開（公告）日: 2021-12-28
• 發明（設計）人: 紀效波;王安妮;侯紅帥;鄒國強;洪彎彎
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;H01M4/62;H01M10/0525;H01M10/054;H01M4/04;H01M4/1397
• 代理公司: 長沙智路知識產權代理事務所(普通合伙) 43244
• 代理人: 張毅

本發明公開一種碳點調控的金屬硒化物/碳復合材料及其制備方法和應用，該復合材料的制備方法包括步驟：將有機硒化鋅鹽前驅體與碳點溶解于有機溶劑中，形成混合溶液；將金屬可溶性鹽加入所述混合溶液中，待金屬可溶性鹽溶解后，進行水熱反應，得到金屬硒化物/碳復合材料。本發明利用有機硒化鋅鹽作為模板、碳點作為結構導向劑進行形貌結構調控，一方面誘導形成納米片自組裝的三維骨架，一方面構建了穩定的X₂Se₃/C異質界面，形成的X?O?C鍵降低了離子遷移能壘，加快了電荷傳輸，用于堿金屬離子二次電池表現出持久的循環穩定性與快速的充放電能力。本發明的制備方法簡單，為材料結構優化提供了一種普適又高效的方法。

技術領域

本發明涉及金屬硒化物/碳復合材料領域，更具體地，涉及一種碳點調控的金屬硒化物/碳復合材料及其制備方法和應用。

背景技術

目前，隨著人類社會的飛速發展，化石能源消耗急劇增加，亟需開發新型的可再生清潔能源來應對這一問題，如核能、風能、太陽能、潮汐能等。然而由于可再生能源的間歇性和波動性，先進的儲能系統成為了發展的關鍵。堿金屬離子電池（鋰離子電池、鈉離子電池或鉀離子電池）具有便攜性、節能性、環保性等優點，是新一代能源技術的候選產品。其中，高電壓、高能量密度的鋰離子電池主導了電動汽車和便攜式電子設備的市場。鈉離子電池和鉀離子電池由于其豐富的資源與較低廉的價格也逐步受到關注。同時隨著 5G 和人工智能時代的到臨，以及醫療，航空航天等領域的快速發展，對電池能量密度的要求也越來越高。因此，我們需要開發更高使用壽命，更高能量密度，更快充電速度，更安全的電極材料。

近年來，鉍基材料由于其較高的體積比容量和合適的工作電壓成為了堿金屬離子電池負極材料的研究熱點。此外，相較于其他鉍基硫屬化物，硒化鉍有較高的導電性，較大的晶格間距，較輕的屏蔽效應等優勢。但由于硒化鉍較差的本征電導率與較為嚴重的體積膨脹，限制了其進一步發展與實際應用。目前普遍采用的改性策略為：1）構建具有特定形貌的穩定的電極結構，緩沖機械應力的變化以改善循環穩定性；2）與碳材料復合，提升導電性，加快反應動力學以優化倍率性能。

然而，目前硒化鉍的研究仍處于起步階段，優化結果不夠理想，主要是由于以下問題尚未得到解決：1）簡單的碳復合難以形成緊密接觸的Bi₂Se₃/C異質界面，并不能從根本上提升電導率，實際難以實現加快電荷傳輸；2）碳含量難以控制，常規碳復合易產生過高的碳含量，過多的降低容量，導致事倍功半；3）形貌設計的過程往往比較繁瑣，且產率較低，不具備大規模產業化生產價值。

發明內容

基于此，為了解決現有技術中存在的上述技術問題，本發明的目的之一在于提供一種簡單高效的制備金屬硒化物/碳復合材料的方法，該方法利用有機硒化鋅鹽作為模板、碳點作為結構導向劑進行形貌結構調控，一方面誘導形成納米片自組裝的三維骨架，一方面構建了穩定的X₂Se₃/C異質界面，形成的X-O-C鍵降低了離子遷移能壘，加快了電荷傳輸，用于堿金屬離子二次電池表現出持久的循環穩定性與快速的充放電能力；其中，X為鉍、錫、銻中的一種。

為了實現上述目的，本發明的技術方案如下：

一種碳點調控的金屬硒化物/碳復合材料的制備方法，包括以下步驟：

S1、將有機硒化鋅鹽前驅體與碳點溶解于有機溶劑中，形成混合溶液；

S2、將金屬可溶性鹽加入所述混合溶液中，待金屬可溶性鹽溶解后，進行水熱反應，得到金屬硒化物/碳復合材料；

其中，所述金屬可溶性鹽為金屬鉍、錫、銻中的任一種的可溶性鹽。

進一步地，還包括將金屬硒化物/碳復合材料進行洗滌、干燥的步驟。具體為：將水熱反應后得到的產物，用去離子水和乙醇分別反復洗滌至少3次，然后在60-100℃下真空干燥6-12h得到金屬硒化物/碳復合材料。