一种三维大孔二硫化钨/碳复合材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种三维大孔二硫化钨/碳复合材料及其制备方法与在钠离子电池体系中作为负极活性材料的应用。基于共沉淀和高温釜式反应的方法，将钨盐和碳源同时沉积在SiO2表面，经过高温硫化处理后使用强碱溶液处理并使用氢氟酸溶液除去SiO2模板即得到目的产物，该方法具有操作简单，大量制备的特点。该方法所制备的二硫化钨/碳复合材料具有三维大孔结构，并作为钠离子电池负极材料展现出了优良的性能和广阔的应用前景。性能和广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种三维大孔二硫化钨/碳复合材料及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及电化学材料
，具体而言，尤其涉及一种三维大孔二硫化钨/碳复合材料及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]二硫化钨作为钠离子电池最有前景的负极材料之一，因其独特的层状结构以及高理论比容量(533mAh
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1)而受到研究者们的广泛关注(Advanced Functional Materials.30.1907677(2020))。但层状的二硫化钨纳米片之间通过弱范德华力相结合，在不断的充放电过程中易发生纳米片的折叠与堆积，导致结构的塌陷，进而影响电池的性能。同时二硫化钨较差的导电性也是制约其性能的主要因素之一。
[0003]为了提升二硫化钨作为电池负极材料的稳定性，常用的方法是将二硫化钨与碳进行复合，利用碳的引入来提高二硫化钨的稳定性并增加其导电性(Journal of Materials Chemistry A.5.10406(2017))。比如将二硫化钨与还原氧化石墨烯复合之后，材料的性能得到明显的提升，表明碳的引入对二硫化钨的稳定性和导电性有一定的增强作用(Nanoscale.7.3965(2015))；或者构建具有三维结构的二硫化钨和碳的复合物，比如将二硫化钨直接生长在三维碳foam上(Journal of Materials Chemistry A.6.10813(2018))。但这些已报道的制备方法往往是将二硫化钨直接生长在碳骨架上或者仅对二硫化钨进行简单地碳包覆，二硫化钨的活性位点暴露有限，导致可逆的比容量低。因此，如何构建三维多孔道二硫化钨，让其暴露更多的活性位点，提高材料的可逆比容量仍是研究的难点；在构建三维二硫化钨的过程中能否直接引入碳原位生成二硫化钨与碳的复合物是研究的另一个难点。

技术实现思路

[0004]本专利技术将钨盐和碳源同时沉积在SiO2表面，经过高温釜式反应硫化处理后使用强碱溶液处理，并使用氢氟酸溶液除去SiO2模板得到二硫化钨/碳复合材料，该方法具有操作简单，可大量制备的特点。制备所得的二硫化钨/碳复合材料具有三维大孔结构，作为钠离子电池负极材料表现出优异的电化学性能。
[0005]本专利技术采用的技术手段如下：
[0006]一种具备三维大孔结构的二硫化钨/碳复合材料。
[0007]一种二硫化钨/碳复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0008](1)利用共沉淀法将钨盐和碳源共沉积在SiO2的表面，得前驱体混合物；
[0009](2)在惰性气氛下将步骤(1)中获得的前驱体混合物和硫源转移至高温反应釜中；惰性气氛密封于釜内，为非流动体系；
[0010](3)将高温反应釜置于马弗炉中，采用程序升温处理至终点温度后恒温；
[0011](4)对步骤(3)中所得产物进行碱处理，洗涤干燥后得到SiO2/二硫化钨/碳复合材料；
[0012](5)对步骤(4)中所得产物进行酸处理，洗涤干燥后得到二硫化钨/碳复合材料。
[0013]进一步地，步骤(1)中，钨盐为钨酸铵、偏钨酸铵、四硫代钨酸铵、偏钨酸钠或钨酸钠中的一种；碳源为可溶性淀粉、蔗糖、无水葡萄糖、盐酸多巴胺、三聚氰胺或双氰胺中的一种；钨盐和碳源的质量比为1:0.1
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1。
[0014]进一步地，步骤(1)中，共沉积温度为60～100℃，时间为12～24h。
[0015]进一步地，步骤(2)中，惰性气氛为氩气、氮气或氦气中的一种；硫源为二硫化碳、硫化钠、硫化钾、硫化铵或硫代乙酰胺中的一种；钨盐和硫源的质量比为1:0.5
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2。
[0016]进一步地，步骤(3)中，程序升温处理是以升温速率5～15℃/min升温至终点温度为400～600℃后，恒温时间为3～5h。
[0017]进一步地，步骤(4)中，碱处理中的碱为浓度为4～6mol/L的氢氧化钠溶液或者4～6mol/L的氢氧化钾溶液，碱处理时间为2～5h，碱处理温度为60～100℃；干燥温度为60～80℃，干燥时间为12～24h。
[0018]进一步地，步骤(5)中，酸处理中的酸为浓度为10～15％的氢氟酸溶液，酸处理时间为12～24h；干燥温度为60～80℃，干燥时间为12～24h。
[0019]本专利技术还提供一种根据上述制备方法得到的二硫化钨/碳复合材料。
[0020]进一步地，上述二硫化钨/碳复合材料具备三维大孔结构。
[0021]本专利技术还提供一种具备三维大孔结构的二硫化钨/碳复合材料在钠离子电池体系中作为负极材料的应用。
[0022]较现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0023]1、本专利技术制备所得的二硫化钨/碳复合材料具有三维大孔的结构特征。作为钠离子电池负极材料时，不仅暴露了更多的活性位点，增加了电池容量；同时也提高了材料的稳定性，保证电池长时间循环测试的稳定性。
[0024]2、本专利技术通过高温釜式反应直接得到二硫化钨和碳的复合物，无需经过额外的煅烧炭化过程，制备工艺简单。
[0025]3、本专利技术方法可大量制备且适用范围广泛，所得二硫化钨/碳复合材料在能源储存领域具有潜在的应用前景。
附图说明
[0026]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0027]图1为实施例1中二硫化钨/碳复合材料的透射电镜(TEM)图。
[0028]图2为对比例1中二硫化钨材料的透射电镜(TEM)图。
[0029]图3为对比例1中二硫化钨材料在测试电压范围为0.01～3V，电流密度为100mA
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‑1时的性能图。
[0030]图4为对比例2中二硫化钨材料在测试电压范围为0.01～3V，电流密度为100mA
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‑1时的性能图。
[0031]图5为实施例1中二硫化钨/碳复合材料在测试电压范围为0.01～3V，电流密度为
200mA
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‑1时的性能图。
[0032]图6为实施例2中二硫化钨/碳复合材料在测试电压范围为0.01～3V，电流密度为100mA
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‑1时的性能图。
[0033]图7为实施例2中二硫化钨/碳复合材料在测试电压范围为0.01～3V，电流密度为2A
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‑1时的性能图。
具体实施方式
[0034]下面通过实施例对整个材料制备过程作以详细的说明。
[0035](1)向去离子水中依次加入钨盐和碳源搅拌至溶解完全后再加入SiO2，超声分散形成均匀的分散液。
[0036](2)将(1)中的分散液置于磁力搅拌器上，于室温下搅拌至溶本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种二硫化钨/碳复合材料，其特征在于，所述二硫化钨/碳复合材料具备三维大孔结构。2.一种二硫化钨/碳复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)利用共沉淀法将钨盐和碳源共沉积在SiO2的表面，得前驱体混合物；(2)在惰性气氛下将步骤(1)中获得的前驱体混合物和硫源转移至高温反应釜中；(3)将高温反应釜置于马弗炉中，采用程序升温处理至终点温度后恒温；(4)对步骤(3)中所得产物进行碱处理，洗涤干燥后得到SiO2/二硫化钨/碳复合材料；(5)对步骤(4)中所得产物进行酸处理，洗涤干燥后得到二硫化钨/碳复合材料。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，钨盐为钨酸铵、偏钨酸铵、四硫代钨酸铵、偏钨酸钠或钨酸钠中的一种；碳源为可溶性淀粉、蔗糖、无水葡萄糖、盐酸多巴胺、三聚氰胺或双氰胺中的一种；所述钨盐和碳源的质量比为1:0.1
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1。4.根据权利要求2中所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，共沉积温度为60～100℃，时间为12～24h。5.根据权利要求2中所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，惰性气氛为氩气、氮气或...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓德会，魏泽宇，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：