[发明专利]一种碳包覆MoSe2/石墨烯电纺纳米纤维及其制备方法

说明书

本发明涉及一种静电纺丝制备碳包覆MoSe₂/石墨烯纳米纤维及其制备方法。所述纳米纤维由包覆碳、MoSe₂、石墨烯组成。其制备方法为：将水溶性钼盐和高聚物溶于去离子水和乙二醇混合溶液中，加热直到形成稳定透明溶胶，将石墨烯加入钼盐溶液形成电纺溶液；对所得电纺溶液进行静电纺丝，得到杂化纤维；接着在500‑800℃，将步骤二所得杂化纤维和零价硒粉在管式炉中进行真空烧结，得到碳包覆MoSe₂/石墨烯纳米纤维材料。纤维形貌及长度均匀，MoSe₂晶体均匀分布在纤维内，被无定型碳包覆；石墨烯作为导电网络均匀分布于纤维内。本发明原料易得，制备工艺简单、可控反应条件温和，所得成品具有较高的比表面积，优异的导电性和结构稳定性，可作为一种理想的锂/钠离子电池负极材料以及高性能电催化材料。

技术领域

本发明涉及纳米材料领域，具体涉及一种静电纺丝制备碳包覆MoSe₂/石墨烯纳米纤维及其制备方法。

背景技术

目前全球面临着从全球变暖，能源危机带来的严重的压力，可充电电池作为化石燃料的替代能源存储设备吸引了巨大的注意力，如锂离子电池和钠离子电池。虽然锂离子电池已经取得了商业上的成功，但锂元素的稀缺性及其高成本难以满足未来发展的需求。由于地壳中钠的含量高，成本低，和类似的工作机制被认为是下一代的充电电池。然而，更大的钠离子半径Na⁺与Li⁺(0.102vs 0.076nm)可能会导致大的体积膨胀效应和较差的动力学性能，导致钠电池的循环稳定和倍率性能均不理想。

层状的过渡金属硫族化合物由于其独特的物理化学性质和新颖的结构，受到人们的广泛关注和深入研究。其中MoSe₂材料是一种典型的过渡金属硒化物，类石墨烯结构具有非常大的层间距，可以促进Na⁺的快速嵌入和脱嵌，得到很好的储钠性能。目前国内外对MoSe₂作为钠电池负极材料已经有了少许研究。合肥工业大学材料科学与工程学院YangJiang课题组通过理论计算得出MoSe₂材料的理论放电比容量是422.28mAh g^-1，理论上具有很好的储钠性能。通过热分解过程制备出MoSe₂纳米片，电极材料在0.1-3V的电压范围0.1C的电流密度下初始放电比容量达到513mAh g^-1,但是有着较差的循环稳定性。韩国高丽大学材料科学与工程学院Yun Chan Kang等人对MoO₃微球直接硒化制备出核壳结构的MoSe₂微球，由许多薄层MoSe₂纳米片聚集而成，具有丰富的空隙和比表面积。电极材料在0.001-3V的电压范围 0.2A g^-1的电流密度下初始放电比容量达到527mAh g^-1,50圈循环后保持了433mAh g^-1的容量(容量保持率仅为82.163％)。中南大学冶金与环境学院Zhian Zhang团队采用水热法制备了MoSe₂/rGO复合材料，MoSe₂生长固定在还原氧化石墨烯(rGO)片层上。西安交通大学材料力学行为国家重点实验室Yaping Du团队通过溶剂热法合成了MoSe₂长在碳布上的复合材料。MoSe₂纳米片厚度20nm，均匀的生长在碳布表面。在0.2A g^-1的电流密度下，100圈循环后保持了452.6mAh g^-1容量，容量保持率为85.5％。大连理工大学化学工程学院Zongbin Zhao课题组通过溶剂热法先合成油酸官能化的MoSe₂材料，再加入多巴胺，在其聚合过程中会通过酰胺化作用与油酸反应，煅烧后就可以得到碳插层MoSe₂纳米片。该材料在5A g^-1的大电流密度下仍有367mAh g^-1的容量，1A g^-1下仍维持445mAh g^-1的容量循环100圈。