[发明专利]硫化锡量子点负载的碳化钛复合纳米材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种硫化锡量子点负载的碳化钛复合纳米材料，该材料是以碳化钛纳米片（Ti₃C₂）为基体材料，硫化锡量子点负载在该碳化钛纳米片上而形成的复合纳米材料。本发明以热解还原的碳化钛、L‑半胱氨酸和氯化亚锡为原料，N‑甲基‑2‑吡咯烷酮和水为共溶剂，采用简单的水热合成方法，可得形貌均一的SnS₂量子点/碳化钛复合纳米材料。从电镜结果来看，平均粒径为3 nm的SnS₂量子点均匀负载在超薄的碳化钛纳米片上且高度分散。XRD谱图显示，所得材料结晶度良好，为典型的六方晶系的硫化锡。本发明合成工艺简单易操作，重复性好，在钠（锂、钾等）离子二次电池等领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种硫化锡量子点/碳化钛复合纳米材料及其制备方法，属于材料化学和新能源等领域。

背景技术

随着便携式电子设备，混合动力车辆以及智能电网等的兴起，新能源技术的开发和应用引起了工业界和学术界的广泛关注。可充电的锂离子电池因其突出的优势，已成为较成熟的能源存储技术之一，并被广泛应用于各种电动设备和电子器件中。然而，锂资源的相对匮乏导致的高成本等问题，严重限制了锂离子电池的深入发展。因此，众多研究都致力于探索低成本和可靠的可充电电池系统。其中，钠具有与锂相似的电化学机制且其资源相对丰富等优点，使得钠离子电池成为了最有潜力替代锂离子电池的新型二次电池。然而，受限于钠离子较大的离子半径，很多用于钠离子电池的电极材料表现出了缓慢的扩散动力学，从而导致有限的可逆容量及循环稳定性差等问题。因此，研究和开发具有良好的可逆Na⁺嵌入/脱出性能以及令人满意的容量的钠离子电池负极材料是非常必要的。

在众多负极材料中，二硫化锡（SnS₂）因其较大的理论容量和独特的CdI₂层状六方结构而受到广泛关注。然而，SnS₂固有的低电导率和迟滞的反应动力学等缺点导致了可逆容量的快速衰减以及较差的循环寿命。因此，为了提高材料的电化学性能，可以通过材料微纳结构的调控或与导电性优异的基体材料复合以及引入杂原子掺杂等方法来增强其导电性，缓解体积膨胀和改善循环稳定性等。其中，Ti₃C₂T_xMXene作为一种新兴的二维材料，凭借其优异的导电性、低的扩散壁垒、锂（钠）离子嵌入/脱出过程中体积变化小等独特优势在能源存储和转化等领域有着较好的应用前景，已成为很多硫化物或氧化物理想的载体材料。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种硫化锡量子点负载的碳化钛复合纳米材料。

本发明的目的之二在于提供该复合纳米材料的制备方法。

本发明以少层的碳化钛（Ti₃C₂）为基体材料，通过简单的一步水热合成法制备了SnS₂量子点/碳化钛复合纳米材料，其中SnS₂量子点均匀地负载在二维的碳化钛纳米片上，在改善碳化钛堆叠的同时，也可以有效地缓解SnS₂在充放电过程中产生的体积膨胀，从而更好地发挥二者之间的协同效应，提高电化学性能。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种硫化锡量子点负载的碳化钛复合纳米材料，其特征在于该材料是以碳化钛纳米片（Ti₃C₂）为基体材料，硫化锡量子点负载在该碳化钛纳米片上而形成的复合纳米材料；所述的硫化锡量子点与碳化钛纳米片的质量比为：0.15 ~ 0.40。

一种制备上述的硫化锡量子点负载的碳化钛复合纳米材料的方法，其特征在于该方法的具体步骤为：

a.将少层的碳化钛加入到N-甲基-2-吡咯烷酮（NMP）和水的混合溶剂中，配置成浓度为1.0 ~3.0 mg mL^-1的混合溶液，超声0.5 ~ 2 h；