一种碳包覆硒化铁Mxene球的制备方法及应用与流程

本发明属于电池，具体涉及一种碳包覆硒化铁mxene球的制备方法及应用。

背景技术：

1、mxene是一种新型的二维材料，由于其超高的离子电导率和较低的离子扩散势垒，所以具有电子快速传递能力和优良的离子扩散动力。此外，如果将多层的mxene纳米片剥离成更薄层的结构能够进一步提高其电化学性能。然而和大多数二维材料相似，由于范德华力和氢键的作用，在干燥的过程中和电极制备过程中mxene纳米片之间很容易发生聚集和重堆积，这些因素会减少离子的反应位点和降低比表面积，进而降低其电化学性能。那么如何能够防止mxene纳米片的聚集和重堆积尤为重要。

技术实现思路

1、本发明的第一个目的是为了解决mxene纳米片在干燥过程中和电极制备过程中的聚集和重堆积问题，提供一种碳包覆硒化铁mxene球的制备方法。

2、本发明的第二个目的在于提供一种碳包覆硒化铁mxene球在离子电池中的应用。

3、为了实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

4、一种碳包覆硒化铁mxene球的制备方法，包括以下步骤：

5、步骤一、将mxene纳米片超声分散在铁盐溶液中得到溶液a；将碳源和聚乙烯纳米颗粒通过超声波超声分散在去离子水中得到溶液b；将溶液a和溶液b超声分散均匀得到溶液c；

6、步骤二、将溶液c经超声喷雾器雾化，再由n2导入管式炉中，碳化反应生成fe2o3@c/mxene球；

7、步骤三、将步骤二所得fe2o3@c/mxene球和硒粉置于管式炉中，在h2和ar混合气氛下硒化反应，最终得到fesex@c/mxene球，其中fesex包括fese和fese2的混合。

8、进一步的，所述mxene纳米片是通过刻蚀和冷冻干燥常规方法制备的。

9、进一步的，步骤一中，所述铁盐溶液包括fe(no)3·9h2o溶液、硫酸铁溶液和氯化铁溶液中的一种或多种的组合，铁盐溶液的浓度为0.01-0.1mol/l。

10、进一步的，步骤一中，所述碳源包括聚乙烯吡咯烷酮、葡萄糖和聚吡咯乙烯烷酮中的一种或多种的组合。

11、进一步的，步骤二中，碳化反应的的温度为600-900℃，反应时间为2-8h，n2流速为5-15l/min，优选的，碳化反应的的温度为650-750℃，反应时间为3-4h，n2流速为7-10l/min。

12、进一步的，步骤一中，mxene纳米片、碳源和聚乙烯颗粒的质量比为1:1.5-4:20-40。

13、进一步的，步骤三中，h2/ar气体中h2所占的体积比为5％-10％。

14、进一步的，步骤三中，硒化反应的温度为250-400℃，反应时间为6-18h，优选的，反应时间为10-15h。

15、一种所述的制备方法制备的碳包覆硒化铁mxene球在离子电池负极中的应用。

16、进一步的，所述离子电池包括钠离子电池、钾离子电池或锂离子电池。

17、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

18、1)本发明采用超声喷雾热解的制备方法，能够通过控制液滴添加的速率，成功地将低维材料转化为三维球体的结构。

19、2)本发明制备的fesex@c/mxene球由于具有三维球状结构能够有效地防止二维mxene纳米片聚集和重堆积，同时三维的结构具有更大的比表面积，能够增加反应活性位点和加速离子传输，并且保持mxene结构的稳定性。

20、3)本发明制备的fesex@c/mxene球能够应用于多种离子电池中，例如锂离子电池、钠离子电池和钾离子电池，都分别表现出较高的可逆容量、长循环稳定性和优异的倍率性能。

技术特征：

1.一种碳包覆硒化铁mxene球的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤一中，所述铁盐溶液包括

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤一中，所述碳源包括聚乙烯吡咯烷酮、葡萄糖和聚吡咯乙烯烷酮中的一种或多种的组合。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤二中，碳化反应的的温度为

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤一中，mxene纳米片、碳源和聚乙烯颗粒的质量比为1:1.5-4:20-40。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤三中，h2/ar气体中h2所占的体积比为5％-10％。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤三中，硒化反应的温度为250-400℃，反应时间为6-18h。

8.一种权利要求1-7任一权利要求所述的制备方法制备的碳包覆硒化铁mxene球在离子电池负极中的应用。

9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于：所述离子电池包括钠离子电池、钾离子电池或锂离子电池。

技术总结
一种碳包覆硒化铁Mxene球的制备方法及应用，属于电池技术领域，具体包括以下步骤：步骤一、将Mxene纳米片超声分散在铁盐溶液中；将碳源和聚乙烯纳米颗粒超声分散在去离子水中；将两种溶液分散均匀；步骤二、经超声喷雾器雾化，在管式炉中碳化反应生成Fe<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;@C/Mxene球；步骤三、将Fe<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;@C/Mxene球和硒粉置于管式炉中硒化反应，得到FeSe<subgt;x</subgt;@C/Mxene球，其中FeSe<subgt;x</subgt;包括FeSe和FeSe<subgt;2</subgt;的混合。本发明制备的FeSe<subgt;x</subgt;@C/Mxene球由于具有三维球状结构能够有效地防止二维Mxene纳米片聚集和重堆积，同时三维的结构具有更大的比表面积，能够增加反应活性位点和加速离子传输。

技术研发人员：李权,李静,林子舜,李伟华,刘旭亮,刘小妮,黄昌永,陈广远,李博
受保护的技术使用者：新疆汉行科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16