一种基于超声喷雾热解制备的二硒化钼纳米片及其制备方法及应用技术

本发明专利技术属于纳米能源材料的制备技术领域，公开了一种基于超声喷雾热解制备的二硒化钼纳米片及其制备方法及应用。本发明专利技术所涉及的二硒化钼纳米片具有团球状、低层数、大层间距的特点，作为锂离子电池负极材料，在200 mA/g的电流密度下，具有较高的放电比容量，并能保持良好的循环稳定性。所述方法为：将钼酸盐与六亚甲基四胺在溶剂中充分溶解；所得前驱体溶液放置于超声雾化室内，进行超声雾化，通过载气将其带入高温区迅速热解；将获得的超声喷雾热解前驱体与硒粉同置于管式炉内，在惰性气体保护下进行高温煅烧硒化，获得最终产物。该方法操作简单、可重复性高、成本低、产量大。产量大。产量大。

【技术实现步骤摘要】
一种基于超声喷雾热解制备的二硒化钼纳米片及其制备方法及应用


[0001]本专利技术涉及纳米能源材料制备
，尤其涉及一种基于超声喷雾热解制备的二硒化钼纳米片及其制备方法及运用。

技术介绍

[0002]离子电池是目前解决能源问题的有效途径，其中锂离子电池以其高容量、低自放电率以及环境友好等优势，已广泛应用于国民生产生活中。但随着社会需求不断上升，目前使用较多的石墨负极，由于其容量相对较低的问题，成为制约锂离子发展的瓶颈之一。
[0003]与石墨负极相比，过渡金属二硫属材料（MX2，X=S、Se）具有与石墨类似的层状结构，且其比容量更高。其中二硒化钼的层状结构和电荷分布较优，在储能过程中可同时展现出嵌入与脱出式材料和相转变式材料的优势，是锂离子电池负极材料的研究热点。但相比石墨负极材料，二硒化钼的循环稳定性依旧有所不足，目前的研究主要是针对二硒化钼严重的体积膨胀问题，制备具有特殊结构的硒化钼材料，使其具有更高的比表面、更多的体积缓冲空间，进而提升材料的循环稳定性能。目前制备硒化钼材料的方法主要是钼酸盐水热法或水热
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煅烧法，以硼氢化钠或水合肼提供强还原性环境，同时引入柠檬酸或葡萄糖等碳源。
[0004]授权公告号为：CN 106669763 B名称为一种氮掺杂碳包覆纳米花状MoSe2复合材料及制备与应用，公开了一种二硒化钼材料的制备方法，但是该方法使用强还原性原料硼氢化钠以及压力设备高压反应釜，制备过程繁琐，且对环境造成较大污染。因此寻找新方法制备具有优异储锂特性的二硒化钼材料，对于提升电池设备的性能，降低设备成本等方面具有重要意义。
[0005]本专利技术为解决上述技术问题，提供了一种新的技术方案制备二硒化钼材料，所得材料具有显著的优异储锂性能，尤其涉及一种基于超声喷雾热解制备的二硒化钼纳米片及其制备方法及应用。

技术实现思路

[0006]本专利技术的主要目的在于克服现有技术中的不足，提供一种基于超声喷雾热解制备的二硒化钼纳米片及其制备方法及应用。该材料具有团球状、低层数、大层间距的特点，并且制备方法简单、环境友好，在锂离子电池负极方面有良好的应用前景。
[0007]本专利技术为实现其技术目的所采用的技术方案是：一种基于超声喷雾热解制备的二硒化钼纳米片，该材料具有团球状可以缓冲储锂时的体积膨胀，低层数可以提供更多的电化学反应活性位点，大层间距利于锂离子在材料体相内部扩散。具体是以钼酸盐和六亚甲基四胺为原料，利用超声喷雾形成团球状结构，同时在热解时利用六亚甲基四胺提供还原性环境，将钼元素还原为四价，易于后续硒化处理。随后在惰性气氛下，用硒粉将喷雾热解所得煅烧前驱体进行硒化，获得具有团球状结构（直径500 nm ~ 1 μm），且层数较低（5~10
层），层间距较大（超过0.7 nm）的二硒化钼纳米片。其中：所述钼酸盐和六亚甲基四胺的物质的量比为1:1~1:5；煅烧前驱体和硒粉模板的质量比为1:5~1:20。
[0008]一种如上所述的基于超声喷雾热解制备的二硒化钼纳米片的制备方法，方法包括以下步骤：步骤1：分别称取钼酸盐与六亚甲基四胺，在溶剂中充分溶解，将混合均匀的前驱体溶液放置于超声喷雾热解系统的超声雾化室内，设置雾化功率、载气流速以及热解温度进行超声喷雾热解，得到煅烧前驱体；步骤2：将步骤1获得的煅烧前驱体与硒粉一同进行高温煅烧，煅烧气氛为氩氢气气氛，获得最终产物二硒化钼纳米片。
[0009]优选地，所述钼酸盐为钼酸钠或钼酸铵，钼酸钠或钼酸铵煅烧后不会引入其他元素带来的杂质。
[0010]优选地，步骤1中所述钼酸盐与所述六亚甲基四胺的物质的量比为1:1~1:5，六亚甲基四胺可以在热解过程中提供还原性环境，利于后续硒化。
[0011]优选地，步骤1中所述溶剂为去离子水或氧化石墨烯水溶液，所述钼酸盐与六亚甲基四胺均可溶于水，若使用氧化石墨烯水溶液作为溶剂可以进一步提高产物的导电性。
[0012]优选地，步骤2中超声喷雾雾化功率为10~15 W，载气为空气，流速为5~10 L/min，热解温度为400~800 ℃，使雾化液滴在空气氛围下迅速高温热解，同时保留雾化时的团球状结构。
[0013]优选地，所述步骤2中所述煅烧前驱体与所述硒粉的质量比为1:5~1:20，使前驱体能够完全硒化。
[0014]优选地，高温煅烧的顺序为升温至300~500 ℃，保温2~4 h，升温速率为3~5 ℃/min。
[0015]本专利技术还提供了一种锂电池负极材料的制备方法，运用上述方法制备得到的二硒化钼纳米片，还包括以下步骤：步骤1：将二硒化钼纳米片涂布于铜箔上作为电极片；步骤2：将该电极作为工作极片，将该电极与锂片以及锂电常规电解液、隔膜组装纽扣电池(CR 2025)；步骤3：在电流密度为200 mA/g下步骤2所得的纽扣电池进行长循环测试，电压窗口设置为0.01~3 V。
[0016]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：该方案采用超声喷雾热解工艺，再通过简单的高温煅烧硒化得到二硒化钼纳米片，减去了现有技术方案中的强还原性反应条件，实现了环境友好；不使用高压反应设备，实现了操作简单；材料结构独特，喷雾热解过程造就的团球状结构可以提供体积缓冲空间，低层数可以暴露出更多的活性位点，大层间距允许外来锂离子在材料体相内嵌入和脱嵌，从而提升电池负极性能。该方法有利于开拓电池负极技术的应用领域，尤其在锂离子电池方面具有广大的市场前景。
附图说明
[0017]图1是实施例一制得的二硒化钼纳米片的XRD检测示意图。
[0018]图2是实施例二制得的二硒化钼纳米片的XRD检测示意图。
[0019]图3是实施例一制得的二硒化钼纳米片的扫描电镜SEM检测示意图。
[0020]图4是实施例二制得的二硒化钼纳米片的扫描电镜SEM检测示意图。
[0021]图5是实施例一制得的二硒化钼纳米片的高倍透射电镜HRTEM检测示意图。
[0022]图6是实施例二制得的二硒化钼纳米片的高倍透射电镜HRTEM检测示意图。
[0023]图7是实施例二制得的二硒化钼纳米片的锂离子电池充放电循环测试示意图。
具体实施方式
[0024]在本专利技术的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该专利技术产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0025]在本专利技术的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于超声喷雾热解制备的二硒化钼纳米片，其特征在于：所述二硒化钼纳米片具有如下结构：直径500 nm ~ 1 μm的团球状、5~10层的低层数、层距超过0.7 nm的大层间距。2.一种对权利要求1的基于超声喷雾热解制备的二硒化钼纳米片的制备方法，其特征在于：方法包括以下步骤：步骤1：分别称取钼酸盐与六亚甲基四胺，在溶剂中充分溶解，将混合均匀后得到的溶液作为前驱体溶液放置于超声喷雾热解系统的超声雾化室内，设置雾化功率、载气流速以及热解温度进行超声喷雾热解，得到煅烧前驱体；步骤2：将步骤1获得的煅烧前驱体与硒粉一同进行高温煅烧，煅烧气氛为氩气、氢气混合气氛，获得最终产物二硒化钼纳米片。3.如权利要求2所述的一种基于超声喷雾热解制备的二硒化钼纳米片的制备方法，其特征在于：所述钼酸盐为钼酸钠或钼酸铵。4.如权利要求2所述的一种基于超声喷雾热解制备的二硒化钼纳米片的制备方法，其特征在于：所述步骤1中所述钼酸盐与所述六亚甲基四胺的物质的量比为1:1~1:5。5.如权利要求2所述的一种基于超声喷雾热解制备的二硒化钼纳米片的制备方法，其特征在于：所述步骤1中...

【专利技术属性】
技术研发人员：王溦，欧阳杰，侯朝辉，李丽芩，陈俊宇，
申请(专利权)人：湖南理工学院，
类型：发明
国别省市：