[发明专利]一种硒化钴/硒化锡@多孔碳纳米棒的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种硒化钴/硒化锡@多孔碳纳米棒的制备方法及其应用，所述制备方法包括以下步骤：分别将六水合氯化钴和氢氧化钠、2,5‑二羟基对苯二甲酸溶于去离子水中形成混合溶液，进行水浴反应，离心清洗获得Co‑MOF‑74纳米棒；将Co‑MOF‑74分散于乙醇中形成悬浮液C，同时将无水氯化亚锡溶于无水乙醇形成溶液D，将溶液D加入分散液C中进行阳离子交换，随后离心得到Sn/Co‑MOF纳米棒粉体，再经退火得包覆金属颗粒的多孔碳纳米棒；将包覆金属颗粒的多孔碳纳米棒粉末与硒粉混合均匀后退火得到硒化钴/硒化锡@多孔碳纳米棒粉体。所制备的硒化钴/硒化锡@多孔碳纳米棒应用于高性能钠离子电池的负极材料。

技术领域

本发明涉及微纳米复合材料合成技术领域，具体涉及一种硒化钴/硒化锡@多孔碳纳米棒的制备方法及其应用。

背景技术

锂离子电池(LIB)具有能量密度高、寿命长、无记忆效应、环境友好等优点，在储能系统中占有重要地位。然而，锂资源分布不均、储量有限，导致锂离子电池价格上涨，限制了锂离子电池的进一步应用。因此，通过开发其他储能系统来降低成本，更好地满足大规模储能(如网格级储能)的需求势在必行。金属钠在地壳中储量丰富，具有与锂相似的性质。用钠离子电池(SIB)对锂离子电池形成有效补充将成为储能领域一大趋势。但是，与锂离子电池相比，钠离子电池的能量密度较低，这不利于对能量要求较高的应用。电池的能量密度主要取决于正负极之间的电位差及其比容量。SIB正极材料的研究已经取得了长足的进展，但负极材料开发仍然面临着诸多挑战。由于钠离子的半径大于锂离子的半径，因此Na⁺在脱嵌过程中会引起电极负极材料的严重体积膨胀，进而导致容量的迅速衰减。因此，必须开发高比容量长寿命负极材料，以促进未来SIB的大规模应用。金属有机框架(MOFs)由金属离子和有机配体组成，具有种类与结构多样性、比表面积大、孔道结构可调等优势，兼具主体金属离子和客体有机配体特有功能，在能量转换和存储中展现出独特的优势与应用前景。作为电极材料，大的比表面积，可控的孔道结构对存储活性物质，提高电荷传输动力学，缓解体积膨胀有重要作用。由于比容量高、资源丰富、环境友好等优点，锡(Sn)基材料作为钠离子负极材料得到了广泛研究。与离子插入型负极材料(如石墨)不同，锡基材料在钠化过程中进行转化和合金化，从而产生更高的比容量。锡(Sn)基材料在钠储存过程中发生转化和合金化反应，这有助于获得较高的理论比容量。但是目前将锡基材料与金属有机框架结合用于电池负极材料鲜有报道。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种硒化锡/硒化钴@多孔碳纳米棒的制备方法及其应用，旨在提高其用于钠离子电池负极电极材料的电化学性能。材料制备方法简单，成本低，具有广阔的应用前景。

本发明是基于发明人的下列发现而完成的：发明人利用溶剂辅助配体交换工艺实行了Zn/Co-MOF-74纳米棒向Zn/Co-ZIF纳米棒的转变，通过硒化处理获得了一种硒化钴/硒化锌@氮掺杂多孔碳纳米棒的制备方法，并将其应用于锂离子电池负极材料。但是溶剂辅助配体交换工艺通常在特定的有机配体之间才能进行，不具有普适性。本发明利用阳离子交换工艺制备Sn/Co-MOF纳米棒，制备双金属MOF材料的方法更具有普适性。

基于此，在本发明的第一方面，本发明提出了一种硒化钴/硒化锡@多孔碳纳米棒的制备方法。根据本发明的实施例，所述方法包括以下步骤：

(1)将2,5-二羟基对苯二甲酸和氢氧化钠溶于去离子水中形成溶液A，置于水浴锅中搅拌；

(2)将六水合氯化钴溶于去离子水中形成溶液B；

(3)将溶液B缓慢加入到溶液A中，置于水浴锅中搅拌后，将产物离心分离，用乙醇洗涤后，置于烘箱中烘干，得到Co-MOF-74纳米棒粉末；

(4)将Co-MOF-74纳米棒粉末分散于乙醇溶液中形成悬浮液C；

(5)将氯化亚锡溶于乙醇中，形成溶液D；