具有硒空位的Co制造技术

本发明专利技术涉及一种具有硒空位的Co

【技术实现步骤摘要】
具有硒空位的Co
0.85
Se@WSe2氮掺杂碳多面体复合材料的制备方法及应用

：
[0001]本专利技术涉及一种具有硒空位的Co
0.85
Se@WSe2异质结构/氮掺杂碳多面体复合材料的制备方法及其作为钠离子电池负极材料的应用。

技术介绍
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[0002]锂离子电池具有高的能量密度和功率密度，已广泛应用于各种储能装置。但是，锂资源储量有限和分布不均，无法满足大规模储能的巨大需求，引发了对其可替代能源的大量探索。钠离子电池由于丰富的钠资源以及与锂离子电池相似的储能机制，受到越来越多的关注。然而，Na
+
半径比Li
+
半径大，作为商用锂离子电池负极的石墨用于钠离子电池负极表现出较差的电化学性能。因此，寻找具有优异倍率性能和循环稳定性的钠离子电池负极材料仍是一个巨大的挑战。过渡金属硒化物因其较弱的金属
‑
硒键、较好的导电性和较高的理论容量而受到广泛关注。然而，在循环过程中，它们会发生较大的体积膨胀而导致容量快速衰减。
[0003]实验证明，异质结构设计是提高金属硒化物电化学性能的一种有效方法。将两种或两种以上的物质通过化学或物理(主要是范德华力)的方法结合在一起，形成一个界面。在界面上，两相的化学键和电荷分布会重新排列。由于异质结构电极的协同作用，其性能普遍优于单个电极。分析原因如下：首先，异质结构电极可以取长补短，综合各组分的优点，弥补各组分的不足。其次，异质结构通常具有较小的带隙，从而表现出优异的导电性和快速的电荷转移。第三，由于异质结构两相间的强交互作用，作为电极其循环寿命也可以得到提高。最后，在两相界面上，电荷会重新分布，也可为碱金属离子的吸附提供更多的活性位点。因此，异质结构的设计可以增强钠存储能力。
[0004]此外，在金属硒化物中引入空位这种缺陷也是提高其储钠性能的一种有效方法。一方面，空位可以调整金属原子周围的电子状态，产生额外的Na
+
吸附位点。另一方面，空位也可以增强Na
+
的吸附能力。因此，缺陷工程也成为提高动力电池电化学性能的一种有效策略。因此，异质结构和空位的协同设计可以提高电子导电性，加速反应动力学，增强Na
+
吸附能力，并增加额外的Na
+
吸附位点。然而，据我们所知，目前关于这方面的报道极少。本专利技术基于以上策略，致力于制备具有优异倍率性能和循环稳定性的钠离子电池负极材料。

技术实现思路
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[0005]针对上述问题，本专利技术制备了一种具有硒空位的Co
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Se@WSe2异质结构/氮掺杂碳多面体(CoWSe/NCP)，并将其用于钠离子电池负极材料。
[0006]CoWSe/NCP复合材料的结构为具有硒空位的Co
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Se@WSe2异质结构锚定在氮掺杂碳多面体中，由于Co和W电负性的差异，在形成Co
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Se@WSe2异质结构的同时形成丰富的硒空位。该复合材料具有如下特性：第一，Co
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Se@WSe2异质结构可以提高电子导电性，加速电荷转移；第二，硒空位增强了Na
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的吸附能力，提高了钠存储能力；第三，氮掺杂碳多面体可
以在充放电过程中起到缓冲作用，减小体积变化带来的应变，增强结构稳定性。因此，CoWSe/NCP作为钠离子电池负极材料，表现出优异的综合电化学性能。
[0007]本专利技术的上述目的是通过以下技术方案实现的：
[0008]一种具有硒空位的Co
0.85
Se@WSe2异质结构/氮掺杂碳多面体复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0009]a、制备ZIF
‑
67：将1.2～1.6g Co(NO3)2·
6H2O溶解于100ml甲醇溶液中，将3.2～3.5g二甲基咪唑溶解于50ml甲醇溶液中，搅拌均匀，再将二甲基咪唑的甲醇溶液倒入到Co(NO3)2·
6H2O的甲醇溶液中，继续搅拌2～4h，经过离心和洗涤后，放入60℃真空干燥10～12h；
[0010]b、制备Co/NCP：将ZIF
‑
67在Ar气氛中550～650℃保温2～2.5h进行退火，得到Co/NCP；
[0011]c、将0.5～1.0g Na2WO4·
2H2O，0.2～0.3g Co/NCP分散到50～80ml超纯水中，搅拌均匀，超声分散30～60min后，将该溶液置于100ml的反应釜中100～150℃反应10～12h，将产物离心后用水和乙醇清洗2～3次，60℃真空干燥10～12h，得到Na2WO4‑
Co/NCP；
[0012]d、将0.1～0.2g Na2WO4‑
Co/NCP与0.2～0.5g硒粉在Ar/H2气氛中600～650℃保温2～2.5h进行退火，最终得到具有硒空位的Co
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Se@WSe2异质结构/氮掺杂碳多面体复合材料，即CoWSe/NCP。
[0013]进一步地，步骤a中通过调节Co(NO3)2·
6H2O和二甲基咪唑的浓度以及反应时间可控制ZIF
‑
67的尺寸。
[0014]进一步地，步骤b中，在填充Ar的管式炉中，将ZIF
‑
67以5℃ min
‑1升温到600℃保温2h，然后将产物冷却到室温，得到Co/NCP。
[0015]进一步地，步骤b中的Co/NCP和硒粉在Ar/H2气氛中退火得到Co
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Se/NCP；
[0016]进一步地，步骤b中的Co/NCP置于HCl中刻蚀，除掉Co/NCP中的Co，得到NCP，然后将NCP分散到Na2WO4·
2H2O的水溶液中，得到Na2WO4‑
NCP，最后将Na2WO4‑
NCP和硒粉在Ar/H2气氛中退火得到WSe2/NCP。
[0017]进一步地，步骤c中可通过调节Na2WO4·
2H2O的浓度以及Co/NCP的量来调节最终复合材料中Co
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Se和WSe2的比例。
[0018]进一步地，步骤d中可通过调节退火温度和时间来调整复合材料中Co
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Se和WSe2的晶化程度。
[0019]进一步地，步骤d中，在退火过程中，由于Co和W电负性的差异，在形成Co
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Se@WSe2异质结构的同时，形成丰富的硒空位。
[0020]上述的制备方法得到的具有硒空位的Co
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Se@WSe2异质结构/氮掺杂碳多面体复合材料作为钠离子电池的负极材料进行电化学性能测试，包括以下步骤：
[0021]a、工作电极制备：先将活性材料，即CoWSe/NCP，Co
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Se/NCP或WSe2/NCP，与导电炭黑和粘结剂羧甲基纤维素钠按照7:2:1的比例在水中混合均匀后涂布在铜本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有硒空位的Co
0.85
Se@WSe2氮掺杂碳多面体复合材料的制备方法，包括以下步骤：a、制备ZIF
‑
67：将1.2～1.6g Co(NO3)2·
6H2O溶解于100ml甲醇溶液中，将3.2～3.5g二甲基咪唑溶解于50ml甲醇溶液中，搅拌均匀，再将二甲基咪唑的甲醇溶液倒入到Co(NO3)2·
6H2O的甲醇溶液中，继续搅拌2～4h，经过离心和洗涤后，放入60℃真空干燥10～12h；b、制备Co/NCP：将ZIF
‑
67在Ar气氛中550～650℃保温2～2.5h进行退火，得到Co/NCP；c、将0.5～1.0g Na2WO4·
2H2O，0.2～0.3g Co/NCP分散到50～80ml超纯水中，搅拌均匀，超声分散30～60min后，将该溶液置于100ml的反应釜中100～150℃反应10～12h，将产物离心后用水和乙醇清洗2～3次，60℃真空干燥10～12h，得到Na2WO4‑
Co/NCP；d、将0.1～0.2g Na2WO4‑
Co/NCP与0.2～0.5g硒粉在Ar/H2气氛中600～650℃保温2～2.5h进行退火，最终得到具有硒空位的Co
0.85
Se@WSe2异质结构/氮掺杂碳多面体复合材料，即CoWSe/NCP；作为对比实验，将步骤b中的Co/NCP和硒粉在Ar/H2气氛中退火得到Co
0.85
Se/NCP；作为对比实验，将步骤b中的Co/NCP置于HCl中刻蚀，除掉Co/NCP中的Co，得到NCP，然后将NCP分散到Na2WO4·
2H2O的水溶液中，得到Na2WO4‑
NCP，最后将Na2WO4‑
NCP和硒粉在Ar/H2气氛中退火得到WSe2/NCP。2.根据权利要求1所述的一种具有硒空位的Co
0.85
Se@WSe2氮掺杂碳多面体复合材料的制备方法，其特征在于，步骤a中通过调节Co(NO3)2·
6H2O和二甲基咪唑的浓度以及反应时间来控制ZIF
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67的尺寸。3.根据权利要求1所述的一种具有硒空位的Co
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Se@WSe2氮掺杂碳多面体复合材料的制备方法，其特征在于，步骤b中，在填充Ar的管式炉中，将ZIF
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67以5℃min
‑1升温到600℃保温2h，然后将产物冷却到室温，得到Co/NCP。4.根据权利要求1所述的一种具有硒空位的Co...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨春成，裴亚茹，文子，赵明，蒋青，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：