[发明专利]一种锡掺杂诱导合成1T-2H混相少层二硫化钼-小球藻衍生碳复合材料的制备和应用

说明书

本发明涉及一种具有大容量储钠特性的锡掺杂诱导合成混相（1T‑2H）二硫化钼‑小球藻衍生碳复合材料制备和应用。技术方案如下：首先将小球藻、钼源和锡源按原料质量份配比1：2‑5：0.2‑2的比例加入到去离子水中，搅拌一定时间后离心烘干，得到墨绿色块状固体。而后煅烧硫化制得1T‑2H混相少层二硫化钼‑小球藻衍生碳复合材料。本发明制备工艺简单，可操作性强，原料来源广泛，成本低廉，可大规模生产，符合环境要求。结果表明，该钠离子电池负极材料具有大容量的储钠特能。该材料中的二硫化钼为少层结构（1‑4层），具有超小纳米粒径（5‑10 nm），并且同时具有1T和2H相的二硫化钼。

技术领域

本发明属于钠离子电池材料制备技术领域，尤其涉及一种具有大容量储钠特性的锡掺杂诱导合成混相(1T-2H)二硫化钼-小球藻衍生碳复合材料制备和应用。

背景技术

由于锂资源有限且价格高昂，锂的大量消耗已经使得锂资源日益匮乏，钠金属在地球上的储备远比锂资源多且价格低廉，因此钠离子电池可作为一种出色的替代品有望替代锂离子电池应用于我们的生活。传统的商业化锂离子电池负极材料石墨在钠离子电池中比容量低，稳定性差，而二硫化钼具有特殊的层状结构，在钠离子电池中具有很高的比容量。然而钠离子具有比锂离子更大的原子半径，导致电极材料在充放电过程中会产生更大的体积膨胀，导致材料粉化，结构坍塌，影响材料的稳定，且二硫化钼本身导电性较差。因此通常通过构筑少层结构二硫化钼或制备碳包覆结构来提升二硫化钼的电化学性能。二硫化钼分为半导体相(2H相)和金属相(1T相)两种，1T相二硫化钼具有更高的导电性有利于电子的传导和钠离子的脱嵌，2H相二硫化钼具有更好的稳定性，因此将1T和2H两相复合有可能具有更好的储钠性能。1T相二硫化钼属于热力学介稳相，合成方法非常有限，现有的关于1T相二硫化钼的报道主要是液相剥离法或水热合成法。现有关于一步煅烧合成1T-2H混相少层二硫化钼的报道十分罕见。关于锡掺杂一步煅烧制备1T-2H混相少层二硫化钼-碳复合物用于钠离子电池的报道未见记载。

本发明通过生物质小球藻作为前驱体碳源制备1T-2H混相少层二硫化钼-小球藻衍生碳复合材料。其和一般方法相比区别在于：1、小球藻来自于富营养化的水体中的绿藻，来源广泛，且变废为宝，将其作为碳源更符合可持续发展和绿色发展的战略；2、小球藻作为藻类生物质，体内富含各种官能团和蛋白质，可以吸附金属离子并原位提供氮磷元素，改性其衍生碳的导电性；3、小球藻在该方法中用作特殊的纳米反应器，可以有效阻隔二硫化钼纳米晶的长大，进而构筑少层结构二硫化钼；4、锡掺杂诱导2H相二硫化钼部分转换为高导电性的1T相二硫化钼；5、通过生物质吸附和一步煅烧合成材料，方法简单，流程短，具有大规模生产的前景。且结果表明，该钠离子电池负极材料具有优异的储钠性能，具有应用前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有大容量储钠特性的锡掺杂诱导1T-2H混相二硫化钼-小球藻衍生碳复合材料的制备方法和应用。本发明工艺简单，可操作性强，原料来源广泛，成本低廉，可大规模生产，符合环境要求。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

1)原料质量份配比

2)制备

本发明采用简单的一步煅烧法制备出具有大容量储钠特性的锡掺杂诱导1T-2H混相少层二硫化钼-小球藻衍生碳复合材料。其具体步骤如下：

根据原料质量份配比，分别称取小球藻、钼源和锡源，加入去离子水中，快速搅拌6-24h；离心后沉淀物进行烘干，得到墨绿色块状固体；

将所得墨绿色块状固体称重后加入硫粉进行混合，在Ar 95％/H₂ 5％气氛管式炉中煅烧，得到黑色固体样品，即为1T-2H混相二硫化钼-小球藻衍生碳复合材料；

所述的钼源为系列含钼盐，具体为磷钼酸、钼酸铵、钼酸钠。

所述锡源为系列含锡盐，具体为硫酸亚锡、氯化亚锡、硫酸锡。