二硫化钼基纳米复合材料的制备及其储钠性能研究

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MoS2作为一种层状过渡金属硫化物,由于具有较宽的层间距(0.67 nm),被认为是一种理想的钠离子电池负极材料。但MoS2本身导电性较差,并且在电化学反应过程中体积膨胀较大,从而限制了它在钠离子电池中的应用。因此,设计合成新型MoS2基复合材料,以提高其导电性和抑制体积膨胀,是改善MoS2钠电性能的有效途径。本文通过水热合成法以及液相剥离-还原法合成了几种MoS2基复合材料,并将其用作钠离子电池负极材料,研究了它们的电化学性能。具体研究内容如下:1.设计开发了一种MoS2纳米片@氮掺杂碳微管(NCMT)复合电极材料,并将其用作钠离子电池负极材料。NCMT骨架衍生于常见的三聚氰胺海绵,它不仅用作模板,而且用作氮源和碳源。这种独特的结构设计可以有效地缩短钠离子的扩散长度,提高电极的导电性,为电化学反应提供更多的活性位点。当用作钠离子电池负极材料时,MoS2@NCMT复合材料表现出高初始库仑效率(67.9%),较高的倍率性能(在10 A g-1的电流密度下放电比容量为196 mAh g-1,在30 A g-1的电流密度下放电比容量为118 mAh g-1)以及较好的循环稳定性(在80 mA g-1的电流密度下循环100圈后,放电比容量为289 mAh g-1)。2.以低成本商用三聚氰胺海绵为模板,氧化石墨烯为单体,通过表面浸渍组装、冻干及高温烧结过程制备了独特的三维氮掺杂石墨烯微管(NGMT)材料。以NGMT为模板,水热合成了MoS2@氮掺杂石墨烯微管(MoS2@NGMT)复合材料。由于石墨烯微管的良好导电性和稳定的三维骨架结构,将MoS2@NGMT作为钠离子电池负极材料,表现出良好的循环稳定性和倍率性能,在100 mA g-1的电流密度下循环100圈后,MoS2@NGMT仍然有407 mAh g-1的放电比容量,并且在50 A g-1的电流密度下,复合材料仍然有203 mAh g-1的放电比容量。3.通过一锅法合成了碳包覆的MoS2/石墨烯(Ex-MoS2/RGO@C)复合材料。该方法在室温下利用液态钾钠合金同时完成了商用MoS2粉体的原位剥离以及氧化石墨烯和二氧化碳的还原。作为钠离子电池的负极材料,Ex-MoS2/RGO@C复合材料具有高倍率性能(在2 A g-1的电流密度下放电比容量为316 mAh g-1)和良好的循环稳定性(在100 mA g-1的电流密度下循环150圈后,放电比容量为415 mAh g-1)。石墨烯的导电性、原位碳涂层以及MoS2的层间距扩大之间的协同作用是电化学性能优异的原因。
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