[发明专利]一种中空核壳结构FeS2

说明书

一种中空核壳结构FeS₂@C纳米复合材料的制备方法及其应用。该制备方法以Fe₂O₃为核材料，聚吡咯为包覆层，一步水热法形成中空核壳结构Fe₂O₃@PPy复合微球，聚吡咯的包覆，提高了三氧化二铁的分散性，避免了材料的团聚，通过进一步的硫化煅烧策略，即可获得中空核壳结构FeS₂@C复合微球。进而该方法减少了生产带来的污染，提高了材料的利用率，降低了生产能耗，最主要的是该制备方法采用简便高效两步策略即可得中空核壳结构FeS₂@C复合微球，很大程度的提高了材料的生产效率。该特殊结构的FeS₂@C复合微球表现出优异的电极材料性能，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及能源纳米材料制备领域。更具体地说，涉及一种中空核壳结构FeS₂@C纳米复合材料的制备方法及其应用。

背景技术

尽管目前锂离子电池技术相对来说比较成熟，但仍然存在安全性较差，使用寿命短，低温性能差和成本高等问题。金属钠具有资源丰富，价格低廉等优点，越来越多的研究人员致力于钠离子电池的研究。但是钠离子的半径(102pm)相对锂离子(76pm)较大，电极材料的选择成为了钠离子电池的关键问题。黄铁矿(FeS₂)具有地壳资源含量丰富，绿色环保，理论容量高达894mAhg^-1，是二次电池的理想材料。但是，这种材料在充放电过程中会发生体积膨胀或者粉化，从而引起容量急速衰减等诸多问题，并且其导电性较差，进而造成钠离子电池的电化学性能较差。

针对该材料存在的这些问题，调整FeS₂材料的形态和结构对于解决这一问题至关重要。目前钠离子电池的研究者通常会对FeS₂材料进行纳米化并与其他材料进行复合，合成FeS₂纳米复合材料。但是当前合成的FeS₂纳米复合材料通常纯度不够高，尺寸和形貌均一性不够好，导致其器件性能稳定性比较差，且现有的制备工艺通常要用到昂贵的表面活性剂、复杂前驱体、有毒有机试剂或溶剂等，工艺操作复杂，产率低，成本高，不利于大规模生产，也不利于环境保护。因此发展低成本、性能好、环境友好的FeS₂纳米复合材料的合成方法对于钠电池的商业化具有重要的意义。

发明内容

本发明为了解决上述技术问题，提供了一种中空核壳结构FeS₂@C纳米复合材料的制备方法及其应用。

为达到上述目的，本发明一方面采用的技术方案如下：

一种中空核壳结构FeS₂@C纳米复合材料的制备方法，所述中空核壳结构FeS₂@C纳米复合材料的制备原料包括三氯化铁、磷酸氢二钾、尿素，所述中空核壳结构FeS₂@C纳米复合材料由以下步骤制备：

步骤(1)：将三氯化铁配置成三氯化铁水溶液，然后在三氯化铁水溶液中加入磷酸氢二钾和尿素配置的水溶液，随后将三氯化铁水溶液与磷酸氢二钾和尿素配置的水溶液在水浴中搅拌均匀，最后转移到已预热的烘箱中充分反应，即可制得Fe₂O₃纳米微球；

步骤(2)：取步骤(1)制备的Fe₂O₃纳米微球加入乙醇和水的混合溶液充分超声分散，随后加入吡咯，以恒定速率混合搅拌均匀，最后加入盐酸溶液，当水浴超声反应后用去离子水和乙醇交替离心清洗，得到中空核壳结构Fe₂O₃@PPy复合微球。