钼基纳米复合材料的制备及其电化学性能研究

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锂离子电池具有能量密度高、寿命长、安全无污染等优势,被广泛的应用于各种便携式电子产品、新能源汽车等领域。钼基化合物具有丰富的形貌结构和多变的钼化合价,作为锂离子电池负极材料备受关注,但钥基化合物低的导电性及结构稳定性限制了其锂存储性能。本文不仅制备出纯相Mo02@C纳米材料,还进一步采用碳包覆硫化法制备出三层分级结构的C@MoS2@C纳米带和二硫化钼自生长在碳管内部的MoS2@C 一维复合纳米带,并进一步研究了其合成机理、形貌结构及锂存储性能,主要内容如下:(1)采用水热法制备出一维的MoO3纳米带,以苹果酸为碳源,通过简单的有机溶液加热蒸发分解法对其进行均匀碳包覆。研究不同苹果酸量和不同退火温度等参数对所合成碳包覆氧化钼的形貌结构电化学性能影响,发现当所加入苹果酸为0.58g,退火温度为400℃时,成功制备出纯相Mo02@C纳米带,该纳米结构通过碳层对MoO2表面的包覆缓解该纳米材料在充放电过程中所引起体积膨胀效应,此外,无定形碳能提高纳米材料的导电性,在1OOmAg-d恒电流充放电循环100圈后,其放电可逆比容量仍达到829mAhg-1,展现了优异的储锂性能。(2)以MoO3@C纳米带为自牺牲模板,通过硫脲水热硫化法制备出MoS2垂直生长在碳层表面的分级结构C@MoS2纳米带,再次采用苹果酸为碳源,通过同样的有机溶液加热蒸发分解法对其表面MoS2进行包覆固化,制备出三层分级结构的C@MoS2@C纳米带,在电流密度为200mAhgf1时,循环300圈后其放电可逆比容量高达1025mAhg-1,库伦效率接近100%,在500mAg-1和1OOOmAg-1电流密度下,其放电比容量仍能高达902mAhg-1和820mAhg-1以上。(3)利用葡萄糖替代苹果酸作为碳源对纯MoO3进行碳包覆,研究不同碳化温度对后续水热硫化的影响,研究发现当碳化温度为300℃时,其后续硫化过程中碳层内部的MoO3被完全原位硫化成MoS2纳米片,得到独特的无机碳管嵌封MoS2一维复合纳米带结构,通过该无机碳管嵌封MoS2纳米带结构的构筑,MoS2@C 一维复合纳米带表面致密碳层极大缓解长时间恒电流循环过程中所产生的体积膨胀效应,且有效提高该纳米材料的导电性,表现出更加优异的锂存储性能,在200mAg-1恒流充放电条件下,循环200圈后其放电可逆比容量仍高达1200mAh/g以上,库伦效率接近于100%。
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