[发明专利]石墨炔/二氧化锰纳米片阵列材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提出了石墨炔/二氧化锰纳米阵列材料及其制备方法和锌离子二次电池，该制备石墨炔/二氧化锰纳米阵列材料的方法包括：(1)制备二氧化锰纳米片阵列；(2)以二氧化锰纳米片阵列为第一基底，在反应液中原位制备出所述石墨炔/二氧化锰纳米片阵列材料，其中，反应液中包括六乙炔基苯、碘化亚铜、四甲基乙二胺和四氢呋喃。本发明所提出的制备方法，通过原位制备的方法可在二氧化锰纳米片阵列表面形成石墨炔，该制备方法条件温和、操作简单且适于大规模制备，并且，制备出的石墨炔/二氧化锰纳米片阵列材料，可作为锌离子正极材料使用，可使锌离子二次电池的比容量、倍率性能和循环性能等均有显著的提高。

技术领域

本发明涉及纳米材料及制备技术领域，具体的，本发明涉及石墨炔/二氧化锰纳米阵列材料及其制备方法和应用。更具体的，本发明涉及石墨炔/二氧化锰纳米阵列材料及其制备方法和锌离子二次电池。

背景技术

目前，能量存储装置在人类社会发展中具有不可或缺的地位，支撑着整个世界的运转。理想的能量存储装置应具有以下特点：高比容量、快速充放电、安全、环境友好和低成本。然而，现存的能量存储装置(锂电池、超级电容器等)显然不具备上述特点，越来越满足不了人们对能源的需求。因此，寻求新的能量存储体系尤为重要。

1860年，碱性锌/二氧化锰一次电池发明以来，在商业一次电池领域中占主导地位，年产值约100亿美元。但是，一次电池能量小，资源浪费等问题不容忽视。因此，科学家们在不断探索，以期开发一种高比容量、快速充放电、安全、环境友好的二次电池。锌具有较高的体积比容量(5851mAh/mL)和质量比容量(820mAh/g)，得到了科研人员的广泛关注。近年来，一系列的锌离子电池已经被报道，例如：锌/二氧化锰(Xu,C.；Li,B.；Du,H.；Kang,F.Energetic zinc ion chemistry:the rechargeable zinc ion battery.Angew.Chem.,Int.Ed.2012,51,933-5.Pan,H.；Shao,Y.；Yan,P.；Cheng,Y.；Han,K.S.；Nie,Z.；Wang,C.；Yang,J.；Li,X.；Bhattacharya,P.；Mueller,K.T.；Liu,J.Reversible aqueous zinc/manganese oxide energystorage from conversion reactions.Nat.Energy 2016,1,16039.)，锌/普鲁士蓝(Zhang,L.；Chen,L.；Zhou,X.；Liu,Z.Towards high-voltageaqueous metal-ion batteries beyond 1.5V:TheZinc/Zinc hexacyanoferratesystem.Adv.Energy Mater.2015,5,1400930.)，锌/五氧化二钒(Senguttuvan,P.；Han,S.-D.；Kim,S.；Lipson,A.L.；Tepavcevic,S.；Fister,T.T.；Bloom,I.D.；Burrell,A.K.；Johnson,C.S.,A High Power Rechargeable Nonaqueous Multivalent Zn/V2O5Battery.Adv.Energy Mater.2016,6,1600826.)，锌/锰酸锌(Zhang,N.；Cheng,F.；Liu,Y.；Zhao,Q.；Lei,K.；Chen,C.；Liu,X.；Chen,J.Cation-Deficient SpinelZnMn2O4Cathode inZn(CF3SO3)2Electrolyte for rechargeable aqueous Zn-ionbattery.J.Am.Chem.Soc.2016,138,12894-12901.)等。

但是，这些正极材料仍然面临着比容量低、循环稳定性差、放电平台低等问题，因此开发新的锌离子电池正极材料仍然很有必要。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

本发明是基于发明人的下列发现而完成的：