[发明专利]一种氮掺杂碳/硒化钼/石墨烯纳米盒材料、制备方法及应用

说明书

一种氮掺杂碳/硒化钼/石墨烯纳米盒材料、制备方法及应用，氮掺杂碳/硒化钼/石墨烯纳米盒材料由用作的基底的氮掺杂碳纳米盒和生长在基底上的硒化钼层以及位于硒化钼层上的石墨烯层构成；本发明利用结构的相似性使硒化钼生长于氮掺杂碳纳米盒与石墨烯的中间，其中，氮掺杂碳纳米盒支撑层具有良好的导电性和多孔结构，有利于电子传输和电解液渗入；表面的石墨烯保护层可以减少硒化钼的溶解破坏，提高了材料的稳定性与倍率性能，有效的解决纯硒化钼作为钠离子电池负极材料自聚严重、导电性弱、体积形变大、容量低等技术问题。

技术领域

本发明属于钠离子电池负极新材料技术领域，具体涉及一种氮掺杂碳/硒化钼/石墨烯三明治结构纳米盒材料及其制备方法和应用。

背景技术

近十年来，严重的环境退化和经济可持续发展问题引起了越来越多的关注，这需要新能源转换和储存技术的快速发展。锂离子电池(LIBs)作为最有前途的储能和转换技术，由于其高的能量密度，在便携式电子设备和混合动力汽车(HEVs)中得到了大规模的应用。然而，锂资源分布不均匀和回收利用率不理想增加了锂离子电池的成本，这将极大地限制它们在未来的大规模应用。与LIBs相比，钠离子电池(SIBs)由于其优越的性能，如具有类似LIBs的电荷存储机制、丰富的储量、低的氧化还原电位(-2.71V vs.SHE)等，受到了越来越多的关注。然而，LIBs中使用的大多数负极材料不能适用于SIBs，因为的半径远大于的半径。例如，具有小层间距(0.34nm)的LIBs商用石墨负极不能满足Na⁺的快速可逆脱嵌，这可能导致SIBs的低能量密度，甚至导致严重的体积膨胀和缓慢的反应动力学。

目前，为了克服上述缺点，研究人员对各种可用于SIBs的负极材料进行了研究，包括非石墨碳材料、钛基材料、金属合金基材料和过渡金属化合物等，非石墨碳材料和钛基材料很难达到高容量(300mAh g^-1)。此外，合金化和过渡金属化合物无法避免高体积膨胀和材料粉碎的问题，这些问题导致循环稳定性较差。因此，寻找合适的高容量、高稳定性的负极材料仍然是研究SIBs的关键因素。近年来，二维层状纳米材料MX₂(M＝Mo，W，Ti，V；X＝S，Se，Te)作为一类具有竞争力的负极材料，受到广泛关注。它们特殊的晶体结构是由X-M-X单层构成的，各个层由弱范德华相互作用约束，理论上具有较大的钠离子间距(≈0.6nm)且具有较大的可反转性。但MoSe₂本身就具有低导电性和不可避免的不稳定性。目前，克服上述缺点最常见的策略是将含碳材料与其结合起来。碳材料的加入在一定程度上可以改善MoSe₂纳米片的导电性，从而提高了倍率性能和稳定性，但单面插入的方法在长时间的充放电过程中仍会导致MoSe₂纳米片的聚集，最终导致储钠量的衰减。

发明内容

本发明的目的在于提供一种氮掺杂碳/硒化钼/石墨烯纳米盒材料、制备方法，并用于钠离子电池负极材料，以解决上述提到的纯硒化钼作为负极材料倍率性差、循环性能不好、导电性弱等技术问题。

为解决上述技术问题，本发明一方面是通过以下技术方案实现的：

一种氮掺杂碳/硒化钼/石墨烯纳米盒材料的制备方法，其特征在于：所述氮掺杂碳/硒化钼/石墨烯纳米盒材料由用作基底的氮掺杂碳纳米盒和生长在基底上的硒化钼层以及位于硒化钼层上的作为外保护层的石墨烯层构成，所述氮掺杂碳/硒化钼/石墨烯纳米盒材料由以下步骤制备：