[發明專利]一種硒化鈷/硒化錫@多孔碳納米棒的制備方法及其應用

有效

• 申請號: 202210570359.7
• 申請日: 2022-05-24
• 公開（公告）號: CN114956014B
• 公開（公告）日: 2023-09-26
• 發明（設計）人: 崔接武;梅譽攀;吳玉程;余東波;劉家琴;曹中南;王巖;張勇
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: C01B19/04
• 分類號: C01B19/04;C01B32/15
• 代理公司: 合肥云道爾知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 34230
• 代理人: 常雅雅

本發明公開了一種硒化鈷/硒化錫@多孔碳納米棒的制備方法及其應用，所述制備方法包括以下步驟：分別將六水合氯化鈷和氫氧化鈉、2,5?二羥基對苯二甲酸溶于去離子水中形成混合溶液，進行水浴反應，離心清洗獲得Co?MOF?74納米棒；將Co?MOF?74分散于乙醇中形成懸浮液C，同時將無水氯化亞錫溶于無水乙醇形成溶液D，將溶液D加入分散液C中進行陽離子交換，隨后離心得到Sn/Co?MOF納米棒粉體，再經退火得包覆金屬顆粒的多孔碳納米棒；將包覆金屬顆粒的多孔碳納米棒粉末與硒粉混合均勻后退火得到硒化鈷/硒化錫@多孔碳納米棒粉體。所制備的硒化鈷/硒化錫@多孔碳納米棒應用于高性能鈉離子電池的負極材料。

技術領域

本發明涉及微納米復合材料合成技術領域，具體涉及一種硒化鈷/硒化錫@多孔碳納米棒的制備方法及其應用。

背景技術

鋰離子電池(LIB)具有能量密度高、壽命長、無記憶效應、環境友好等優點，在儲能系統中占有重要地位。然而，鋰資源分布不均、儲量有限，導致鋰離子電池價格上漲，限制了鋰離子電池的進一步應用。因此，通過開發其他儲能系統來降低成本，更好地滿足大規模儲能(如網格級儲能)的需求勢在必行。金屬鈉在地殼中儲量豐富，具有與鋰相似的性質。用鈉離子電池(SIB)對鋰離子電池形成有效補充將成為儲能領域一大趨勢。但是，與鋰離子電池相比，鈉離子電池的能量密度較低，這不利于對能量要求較高的應用。電池的能量密度主要取決于正負極之間的電位差及其比容量。SIB正極材料的研究已經取得了長足的進展，但負極材料開發仍然面臨著諸多挑戰。由于鈉離子的半徑大于鋰離子的半徑，因此Na⁺在脫嵌過程中會引起電極負極材料的嚴重體積膨脹，進而導致容量的迅速衰減。因此，必須開發高比容量長壽命負極材料，以促進未來SIB的大規模應用。金屬有機框架(MOFs)由金屬離子和有機配體組成，具有種類與結構多樣性、比表面積大、孔道結構可調等優勢，兼具主體金屬離子和客體有機配體特有功能，在能量轉換和存儲中展現出獨特的優勢與應用前景。作為電極材料，大的比表面積，可控的孔道結構對存儲活性物質，提高電荷傳輸動力學，緩解體積膨脹有重要作用。由于比容量高、資源豐富、環境友好等優點，錫(Sn)基材料作為鈉離子負極材料得到了廣泛研究。與離子插入型負極材料(如石墨)不同，錫基材料在鈉化過程中進行轉化和合金化，從而產生更高的比容量。錫(Sn)基材料在鈉儲存過程中發生轉化和合金化反應，這有助于獲得較高的理論比容量。但是目前將錫基材料與金屬有機框架結合用于電池負極材料鮮有報道。

發明內容

本發明的目的在于：提供一種硒化錫/硒化鈷@多孔碳納米棒的制備方法及其應用，旨在提高其用于鈉離子電池負極電極材料的電化學性能。材料制備方法簡單，成本低，具有廣闊的應用前景。

本發明是基于發明人的下列發現而完成的：發明人利用溶劑輔助配體交換工藝實行了Zn/Co-MOF-74納米棒向Zn/Co-ZIF納米棒的轉變，通過硒化處理獲得了一種硒化鈷/硒化鋅@氮摻雜多孔碳納米棒的制備方法，并將其應用于鋰離子電池負極材料。但是溶劑輔助配體交換工藝通常在特定的有機配體之間才能進行，不具有普適性。本發明利用陽離子交換工藝制備Sn/Co-MOF納米棒，制備雙金屬MOF材料的方法更具有普適性。

基于此，在本發明的第一方面，本發明提出了一種硒化鈷/硒化錫@多孔碳納米棒的制備方法。根據本發明的實施例，所述方法包括以下步驟：

(1)將2,5-二羥基對苯二甲酸和氫氧化鈉溶于去離子水中形成溶液A，置于水浴鍋中攪拌；

(2)將六水合氯化鈷溶于去離子水中形成溶液B；

(3)將溶液B緩慢加入到溶液A中，置于水浴鍋中攪拌后，將產物離心分離，用乙醇洗滌后，置于烘箱中烘干，得到Co-MOF-74納米棒粉末；

(4)將Co-MOF-74納米棒粉末分散于乙醇溶液中形成懸浮液C；

(5)將氯化亞錫溶于乙醇中，形成溶液D；