CN113725423A - 一种MnCO3/MoS2异质结复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents

一种MnCO3/MoS2异质结复合材料及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种MnCO3/MoS2异质结复合材料及其制备方法和应用,包括基材和MnCO3/MoS2异质结纳米片结构，MnCO3/MoS2纳米片结构与基材之间通过化学键牢固锚定，MnCO3/MoS2纳米片结构以异质结形式存在，所述MnCO3/MoS2纳米片结构尺寸为0.5‑5μm,厚度为1‑30nm。通过在基材上构筑MnCO3/MoS2异质结纳米片结构，有效提升了锌离子电池正极材料的结构稳定性，并有效解决了锌离子电池容量衰减严重的难题。

Description

一种MnCO3/MoS2异质结复合材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于锌离子电池负极材料技术领域，具体涉及一种MnCO3/MoS2异质结复合材料及其制备方法和应用。
背景技术
可充电的水性锌离子电池在高性能储能***方面在近几十年来备受关注，较之其他类型的储能电池有以下优点：低成本、环境友好性和安全性。但是由于水合锌离子的大尺寸导致嵌入动力学缓慢，因此缺少合适的阴极材料。在过去的几年里，层状金属二硫化物，如WS2、SnS2、VS2和MoS2由于其较大的层间间距，在电池研究中引起了极大的关注。
使用层状硫族化合物二氧化钼(MoS2)通过简单的层间间距和亲水性工程，即使最初Zn2+扩散率很差的宿主也可以允许Zn2+快速扩散，Zn2+扩散率提高了3个数量级，使它们成为具有挑战性的多价离子电池的有前途的阴极。但是也存在MoS2纳米片在Zn2+嵌入/脱出过程中出现的纳米片重新堆积问题，会导致容量衰减。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种MnCO3/MoS2异质结复合材料及其制备方法和应用，通过在基材上构筑MnCO3/MoS2异质结复合材料，有效提升了锌离子电池正极材料的结构稳定性，并有效解决了锌离子电池容量衰减严重的难题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种MnCO3/MoS2异质结复合材料，包括基材和MnCO3/MoS2异质结纳米片结构，MnCO3/MoS2纳米片结构与基材之间通过化学键牢固锚定，MnCO3/MoS2纳米片结构以异质结形式存在，所述MnCO3/MoS2纳米片结构尺寸为0.5-5μm,厚度为1-30nm。
一种MnCO3/MoS2异质结复合材料的制备方法，包括以下步骤；
a.将一定量的高锰酸钾溶解在含有淀粉的去离子水溶液中，并搅拌均匀，得到溶液A；
b.将溶液A转移到不锈钢反应釜中，同时将经过处理的基材浸入溶液A中；
c.盛有溶液A和基材的反应釜放置在烘箱中，在一定温度下，反应一定时间，反应结束后取出基材并用去离子水和乙醇清洗干净；
d.将一定量的钼酸钠溶解在含有硫脲和聚乙二醇的去离子水中，并搅拌均匀，得到溶液B；
e.将得到的基材浸入到B溶液中，超声一定时间后，转移到不锈钢反应釜中，在一定温度下反应一定时间后取出基材并用去离子水和乙醇清洗后，再烘干，即可得到MnCO3/MoS2异质结复合材料。
所述步骤a中高锰酸钾浓度为10-100mM，所述淀粉浓度为50-200mM。
所述步骤c中反应温度为120-180℃，反应时间1-48h。
所述步骤c中基材为碳毡、碳布、铜网、不锈钢网中的任何一种。
所述步骤d中钼酸钠浓度为10-100mM，所述硫脲和聚乙二醇浓度为50-200mM。
所述步骤e中有机溶剂为乙醇、乙二醇中的任意一种。
所述步骤e中所述反应温度为80-200℃，反应时间0.1-24h。
所述MnCO3/MoS2异质结复合材料应用于锌离子电池正极材料。
本发明的有益效果：
本发明制备工艺简便，锌离子电池正极材料负载在基材上，无需粘结剂。制备成本低，不需要贵金属作为活性组分。
本发明中MnCO3/MoS2异质结内建电场能够有效促进锌离子的迁移，提高电子传输效率。
本发明中MnCO3/MoS2异质结超薄纳米片结构具有高比表面积，与电解质充分接触，提高电子传输和接触面积，作为锌离子电池正极材料具有较高的电池比容量和优异的循环稳定性。
本发明通过在基材上构筑MnCO3/MoS2异质结纳米片结构，有效提升了锌离子电池正极材料的结构稳定性，并有效解决了锌离子电池容量衰减严重的难题。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1
a.将30mM的高锰酸钾溶解在含有50mM淀粉的去离子水溶液中，并搅拌均匀，得到溶液A。
b.溶液转移到不锈钢反应釜中，同时将经过处理的基材浸入溶液A中。
c.盛有溶液A和基材的反应釜放置在烘箱中，在160℃温度下，反应12h，反应结束后取出基材并用去离子水和乙醇清洗干净。
d.将35mM钼酸钠溶解在50mM聚乙二醇和50mM硫脲的去离子水溶液中，并搅拌均匀，得到B溶液。
e.将得到的基材浸入到B溶液中，超声10min后，转移到不锈钢反应釜中，在200℃温度下反应24h后取出基材并用去离子水和乙醇清洗后、烘干，放入管式炉中500℃温度下退火2h，即可得到MnCO3/MoS2异质结复合锌离子电池正极材料。
实施例2
a.将30mM的高锰酸钾溶解在含有50mM淀粉的去离子水溶液中，并搅拌均匀，得到溶液A。
b.溶液转移到不锈钢反应釜中，同时将经过处理的基材浸入溶液A中。
c.盛有溶液A和基材的反应釜放置在烘箱中，在180℃温度下，反应12h，反应结束后取出基材并用去离子水和乙醇清洗干净。
d.将35mM钼酸钠溶解在50mM聚乙二醇和50mM硫脲的去离子水溶液中，并搅拌均匀，得到B溶液。
e.将得到的基材浸入到B溶液中，超声10min后，转移到不锈钢反应釜中，在200℃温度下反应24h后取出基材并用去离子水和乙醇清洗后、烘干，放入管式炉中500℃温度下退火2h，即可得到MnCO3/MoS2异质结复合锌离子电池正极材料。
实施例3
a.将30mM的高锰酸钾溶解在含有50mM淀粉的去离子水溶液中，并搅拌均匀，得到溶液A。
b.溶液转移到不锈钢反应釜中，同时将经过处理的基材浸入溶液A中。
c.盛有溶液A和基材的反应釜放置在烘箱中，在160℃温度下，反应24h，反应结束后取出基材并用去离子水和乙醇清洗干净。
d.将35mM钼酸钠溶解在50mM聚乙二醇和50mM硫脲的去离子水溶液中，并搅拌均匀，得到B溶液。
e.将得到的基材浸入到B溶液中，超声10min后，转移到不锈钢反应釜中，在200℃温度下反应24h后取出基材并用去离子水和乙醇清洗后、烘干，放入管式炉中500℃温度下退火2h，即可得到MnCO3/MoS2异质结复合锌离子电池正极材料。
实施例4
a.将30mM的高锰酸钾溶解在含有50mM淀粉的去离子水溶液中，并搅拌均匀，得到溶液A。
b.溶液转移到不锈钢反应釜中，同时将经过处理的基材浸入溶液A中。
c.盛有溶液A和基材的反应釜放置在烘箱中，在160℃温度下，反应12h，反应结束后取出基材并用去离子水和乙醇清洗干净。
d.将35mM钼酸钠溶解在50mM聚乙二醇和50mM硫脲的去离子水溶液中，并搅拌均匀，得到B溶液。
e.将得到的基材浸入到B溶液中，超声10min后，转移到不锈钢反应釜中，在180℃温度下反应24h后取出基材并用去离子水和乙醇清洗后、烘干，放入管式炉中500℃温度下退火2h，即可得到MnCO3/MoS2异质结复合锌离子电池正极材料。
实施例5
a.将30mM的高锰酸钾溶解在含有50mM淀粉的去离子水溶液中，并搅拌均匀，得到溶液A。
b.溶液转移到不锈钢反应釜中，同时将经过处理的基材浸入溶液A中。
c.盛有溶液A和基材的反应釜放置在烘箱中，在160℃温度下，反应12h，反应结束后取出基材并用去离子水和乙醇清洗干净。
d.将35mM钼酸钠溶解在50mM聚乙二醇和50mM硫脲的去离子水溶液中，并搅拌均匀，得到B溶液。
e.将得到的基材浸入到B溶液中，超声10min后，转移到不锈钢反应釜中，在200℃温度下反应12h后取出基材并用去离子水和乙醇清洗后、烘干，放入管式炉中500℃温度下退火2h，即可得到MnCO3/MoS2异质结复合锌离子电池正极材料。
实施例6
a.将30mM的高锰酸钾溶解在含有50mM淀粉的去离子水溶液中，并搅拌均匀，得到溶液A。
b.溶液转移到不锈钢反应釜中，同时将经过处理的基材浸入溶液A中。
c.盛有溶液A和基材的反应釜放置在烘箱中，在180℃温度下，反应24h，反应结束后取出基材并用去离子水和乙醇清洗干净。
d.将35mM钼酸钠溶解在50mM聚乙二醇和50mM硫脲的去离子水溶液中，并搅拌均匀，得到B溶液。
e.将得到的基材浸入到B溶液中，超声10min后，转移到不锈钢反应釜中，在180℃温度下反应12h后取出基材并用去离子水和乙醇清洗后、烘干，放入管式炉中500℃温度下退火2h，即可得到MnCO3/MoS2异质结复合锌离子电池正极材料。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种MnCO3/MoS2异质结复合材料，其特征在于，包括基材和MnCO3/MoS2异质结纳米片结构，MnCO3/MoS2纳米片结构与基材之间通过化学键牢固锚定，MnCO3/MoS2纳米片结构以异质结形式存在，所述MnCO3/MoS2纳米片结构尺寸为0.5-5μm,厚度为1-30nm。
2.基于权利要求1所述的一种MnCO3/MoS2异质结复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤；
a.将一定量的高锰酸钾溶解在含有淀粉的去离子水溶液中，并搅拌均匀，得到溶液A；
b.将溶液A转移到不锈钢反应釜中，同时将经过处理的基材浸入溶液A中；
c.盛有溶液A和基材的反应釜放置在烘箱中，在一定温度下，反应一定时间，反应结束后取出基材并用去离子水和乙醇清洗干净；
d.将一定量的钼酸钠溶解在含有硫脲和聚乙二醇的去离子水中，并搅拌均匀，得到溶液B；
e.将得到的基材浸入到B溶液中，超声一定时间后，转移到不锈钢反应釜中，在一定温度下反应一定时间后取出基材并用去离子水和乙醇清洗后，再烘干，即可得到MnCO3/MoS2异质结复合材料。
3.根据权利要求2所述的一种MnCO3/MoS2异质结复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤a中高锰酸钾浓度为10-100mM，所述淀粉浓度为50-200mM。
4.根据权利要求2所述的一种MnCO3/MoS2异质结复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤c中反应温度为120-180℃，反应时间1-48h。
5.根据权利要求2所述的一种MnCO3/MoS2异质结复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤c中基材为碳毡、碳布、铜网、不锈钢网中的任何一种。
6.根据权利要求2所述的一种MnCO3/MoS2异质结复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤d中钼酸钠浓度为10-100mM，所述硫脲和聚乙二醇浓度为50-200mM。
7.根据权利要求2所述的一种MnCO3/MoS2异质结复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤e中有机溶剂为乙醇、乙二醇中的任意一种。
8.根据权利要求2所述的一种MnCO3/MoS2异质结复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤e中所述反应温度为80-200℃，反应时间0.1-24h。
9.基于权利要求1-8任一项所述的一种MnCO3/MoS2异质结复合材料，其特征在于，所述MnCO3/MoS2异质结复合材料应用于锌离子电池正极材料。
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CN115084485B (zh) * 2022-07-29 2023-08-18 大气(广东)科技发展有限公司 一种碳纤维负载钼酸锰/氧化锰纳米异质结材料及其制备方法和应用

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