[发明专利]一种MoS2纳米片/碳海绵复合材料及其制备方法及应用

说明书

本发明涉及一种MoS₂纳米片/碳海绵复合材料及其制备方法与应用，所述MoS₂纳米片/碳海绵复合材料以碳海绵为多孔基体，MoS₂纳米片至少部分包覆在碳海绵骨架结构表面。所述制备方法具体为：在含有钼源和硫源的混合水溶液中，加入碳海绵，置于160～200℃的温度下，反应6～24小时，即得。本发明制备工艺简单，生产周期短，易于产业化生产，制备得到的MoS₂/碳海绵复合材料具有大规模推广应用的潜力，尤其适用于钾离子电池的负极材料。

技术领域

本发明属于功能纳米材料领域，具体涉及一种MoS₂纳米片/碳海绵复合材料及其制备方法以及在钾离子电池中的应用。

背景技术

为了解决世界能源危机，寻求廉价高效的能源供给方式已成为当今研究热点。可充电电池为我们提供了一套有效的储能方案，其中锂离子电池是当今已能够实现商业化应用的储能系统。然而由于锂资源匮乏导致锂离子电池价格高昂无法大规模应用。因此，探索新型可替代锂离子电池的充电电池逐渐受到研究者们的广泛关注。钾离子电池由于钾矿资源的丰富储量以及具有接近于锂离子电池的电位而逐渐引起研究者们的兴趣。目前，钾离子电池的研究主要集中在探索合适的正负极材料。对于钾离子电池负极材料，目前研究的比较多的是各种碳质材料。然而碳质材料由于容量比和循环寿命低等缺陷而阻碍了钾离子电池向着高效储能设备的发展。因此，寻找探索碳质材料之外的新型负极电极材料对于钾离子电池的发展有着深远意义。

过渡金属硒化物二硫化钼由于能够与碱金属离子发生可逆置换反应生成合金而被研究应用于锂离子电池与钠离子电池负极材料中，并且表现出了良好的容量比与循环性能。二硫化钼纳米片用作钾离子电池负极材料的研究目前已有报道，但是比容量仍不高。二硫化钼纳米片与三维碳海绵材料的复合材料用作钾离子负极电池材料目前被报道。将二硫化钼纳米片与三维碳海绵复合在一起不仅能提高活性物质与电解液的接触面积而且能够提高电极材料的电导率从而提高电池的性能。二硫化钼纳米片与三维碳海绵复合材料用于钾离子电池负极材料对于扩充钾离子电池负极材料以及提高钾离子电池的储能性能有着重要的指导与借鉴意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种简单、高效、低成本制备的MoS₂纳米片/碳海绵复合材料。

所述MoS₂纳米片/碳海绵复合材料，以碳海绵作为多孔基体，MoS₂纳米片至少部分包覆在所述碳海绵的骨架结构的表面。

其中，所述碳海绵为三维桥联结构；这种三维骨架桥联结构的碳海绵具有比表面积大的特点；可与电解液重复接触，有效提高比容量。可直接负载活性物质MoS₂纳米片作为集流体。

优选地，所述碳海绵为氮掺杂的三维桥联结构。采用氮掺杂的碳海绵能有效提高碳的导电性能。

优选地，所述MoS₂纳米片以团簇形式均匀的包覆在所述碳海绵的骨架结构的表面。

碳海绵骨架结构的表面具体指碳海绵的整个结构，即暴露的部分都包覆了MoS₂纳米片，如图2所示。

本发明的第二个目的在于提供一种MoS₂纳米片/碳海绵复合材料的制备方法，具体为：在含有钼源和硫源的混合水溶液中，加入碳海绵，置于160～200℃的温度下，反应6～24小时，即得。

其中，所述钼源选自钼酸钠、钼酸钾、钼酸铵中的一种；

所述硫源选自硫脲、硫代乙酰胺、硫化钠中的一种；

优选地，所述钼源和硫源的摩尔比为1:(1～3)。

其中，所述混合水溶液中还包括活化剂，所述活化剂为聚乙二醇；选自聚乙二醇1000、聚乙二醇2000、聚乙二醇6000、聚乙二醇10000中一种或多种；