一种组分可调控的层间距宽化的MoSxSe2-x纳米片及其应用

本发明属于电化学储能领域，具体涉及一种组分可调控的层间距宽化的mosxse2-x纳米片及其在钠离子电池中的应用。

背景技术：

1、由于可持续发展的要求，发展清洁能源储能器件是大势所趋。随着锂资源愈发昂贵，钠离子电池逐步进入人们的视野。一方面钠与锂具有相似的化学性质，另一方面钠资源丰富度远高于锂且成本低廉，因而钠离子电池是最有希望替代锂离子电池的储能器件。负极是决定电池储钠能力的关键部件，层状结构过渡金属二硫族化合物(ltmds)是很有前途的钠离子电池负极材料，因为它们具有较大的层间距和优秀的容量。然而由于严重的体积效应和较差的导电性，如何实现长期稳定的循环和高速率充放电能力仍然是钠离子电池发展的关键问题。二硫化钼(mos2)由于其大的层间空间和高的理论容量(670mah g–1)，在na+存储方面引起了相当大的研究兴趣。然而，通过嵌入和置换机制储存na+的mos2往往会因为其电子电导率低、再聚集趋势高、循环时体积变化大，导致容量快速衰减和倍率性能差等关键问题。因此，通常使用两种策略来解决mos2的na+存储中的相关问题。一方面，可以通过杂原子掺杂或置换在2d mos2纳米片中产生缺陷来提高相关性能，这可以改变表面的电子结构并提供丰富的活性位点。有一些报告研究了硒(se)掺杂如何影响相关性能，因为硒本身具有相对较高的电导率(10-4s m-1)和较大的半径因此，在mos2晶格中掺杂se原子，形成sxse2-x层间配体，将增加电导率，扩大层间距，并富集阴离子缺陷位点，从而增强na+的储存能力。另一方面，通过进一步增宽mos2的层间距可有效的提升储钠的性能，但一般的层间修饰通过nh4+插入二维材料的层间，虽然层间距有了明显的变化，但是在高温加热情况下nh4+会从层间挥发出去，使得二维材料层间距恢复到原始值；另外，一般的增强导电性也只是在mos2的表面，mos2层间内部的电导率并没有很好的改善。所以合成稳定的层间宽化和内部导电率增强的mosxse2-x先进复合材料可以适应na+插入时的体积膨胀，同时保持结构稳定性和提高电导率，从而保证延长使用寿命。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种成本低廉、制备工艺简单、适用于量化生产的组分可调控的层间距宽化的mosxse2-x纳米片的制备方法及其在钠离子电池中的应用，使其具有杰出的电化学储钠性能。

2、为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

3、一种组分可调控的层间距宽化的mosxse2-x(0≤x≤2)纳米片的制备方法，包括如下步骤：

4、步骤1、称取0-2.5mmol se粉和nabh4加入到3-10ml的乙醇溶液中，随后用封口胶密封烧杯，搅拌1-20分钟，得到硒离子溶液a；其中，nabh4与se粉的摩尔比为2.5-3:1；

5、步骤2、取30-60mg碳基材料加入到15-30ml的去离子水中超声0.1-5小时，再搅拌0.1-2小时，继续加入0.1-0.2mmol的(nh4)6mo7o24·4h2o搅拌1-30分钟，得到溶液b；

6、步骤3、向所述溶液b中依次加入1-6ml的氨基化合物和1-8g的还原类糖，搅拌1-15分钟，得到溶液c；

7、步骤4、称取0-5mmol ch4n2s与溶液c迅速转移至溶液a中，用封口胶密封烧杯，搅拌10-30分钟；将所得混合溶液转移到反应釜中并在160-220℃下反应12-24小时，得初始产物；

8、步骤5、将所述初始产物离心清洗后置于真空干燥箱干燥，获得中间产物；

9、步骤6、将所述中间产物置于管式炉中，然后在真空环境下升温至700-900℃，保温1-3小时，最后冷却至室温，即获得目标产物层间距宽化的mosxse2-x纳米片。所述层间距宽化的mosxse2-x纳米片是以碳基材料为载体，在所述碳基材料表面负载有mosxse2-x纳米片，且所述mosxse2-x纳米片是在相邻的两个mosxse2-x单层之间插入氮掺杂无定形碳(nac)单层，从而使mosxse2-x纳米片的层间距宽化。通过调控se粉与ch4n2s的用量比，可以调控目标产物中s与se的含量。

10、作为优选，所述的碳基材料为还原氧化石墨烯、碳纳米管、碳纤维、碳纳米线和碳球中的一种。

11、作为优选，所述的氨基化合物为乙二胺。

12、作为优选，所述的还原类糖为葡萄糖。

13、作为优选，步骤5中所述清洗是依次用去离子水和无水乙醇清洗。

14、本发明所制备的层间距宽化的mosxse2-x纳米片可以在钠离子电池中作为负极材料。

15、与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：

16、1.本发明提供了一种生长在碳基材料(如rgo)上的单层氮掺杂非晶态碳(nac)插层的mosxse2-x纳米片的制备方法，所得产物结构独特、形貌规则、成分均一、无杂质相，且电化学特性优异，同时可以灵活调控s与se的含量比例以获得更加优异性能的电极材料。

17、2.本发明制备的单层nac插层的mosxse2-x的夹层结构，是在相邻的两个mosxse2-x单分子层之间插入氮掺杂无定型碳单层，其具有双重效应：它不仅可以增宽mosxse2-x的层间距，便于钠离子快速插入/脱出；而且还可以改善mosxse2-x的表面和内部的电子传导性，以充分加速电子的传输。此外，通过提高mosxse2-x中的se原子比例将增加电导率、扩大层间距、并富集阴离子缺陷位点，提高s原子比例将提高理论容量。因此调控硫硒比将极大的提高电极材料的性能。另外，独特的纳米结构和碳基材料(如rgo)导电网络组成的分层结构是一个坚固的框架，具有出色的纳米结构稳定性。

18、3.本发明制备的rgo@mosxse2-x/nac在高电流密度下表现出卓越的倍率性能和优异的长期循环寿命，具备领先的储钠性能。

19、4.本发明探究出一种经济简便的通过层间调节和纳米级工程对层状结构过渡金属二硫族化合物(ltmds)进行组合调制的方法，以获得高性能可充电电池的先进电极。本发明的制备方法对一般的ltmds的合成具有普适性，为钠离子电池的先进负极材料的实际应用提供一种有效的合成方案。

20、5.本发明的制备工艺简单、制备成本低廉，易于宏量合成与推广。

技术特征：

1.一种组分可调控的层间距宽化的mosxse2-x纳米片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述的碳基材料为还原氧化石墨烯、碳纳米管、碳纤维、碳纳米线和碳球中的一种。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述的氨基化合物为乙二胺。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述的还原类糖为葡萄糖。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：通过调控se粉与ch4n2s的用量比，调控目标产物中s与se的含量。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤5中所述清洗是依次用去离子水和无水乙醇清洗。

7.一种权利要求1～6中任意一项所述制备方法所制得的层间距宽化的mosxse2-x纳米片。

8.根据权利要求7所述的层间距宽化的mosxse2-x纳米片，其特征在于：所述层间距宽化的mosxse2-x纳米片是以碳基材料为载体，在所述碳基材料表面负载有mosxse2-x纳米片，且所述mosxse2-x纳米片是在相邻的两个mosxse2-x单层之间插入氮掺杂无定形碳单层，从而使mosxse2-x纳米片的层间距宽化。

9.一种权利要求7或8所述的层间距宽化的mosxse2-x纳米片在钠离子电池中作为负极材料的应用。

技术总结
本发明提供了一种组分可调控的层间距宽化的MoSxSe2‑x纳米片及其应用，是以碳基材料为载体，在相邻的两个MoSxSe2‑x单层之间插入氮掺杂无定形碳(NAC)单层：它不仅可以增宽MoSxSe2‑x的层间距，便于快速的钠离子插入/脱出；而且还可以改善MoSxSe2‑x的表面和内部的电子传导性，以充分加速电子的传输；此外，通过提高MoSxSe2‑x中的Se原子比例将增加电导率、扩大层间距、并富集阴离子缺陷位点，提高S原子比例将提高理论容量。本发明所得产物结构独特、形貌规则、成分均一、无杂质相，且电化学特性优异。

技术研发人员：许俊,蒋俊保,夏艳婷,汤衡,李苏皖
受保护的技术使用者：合肥工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15