[发明专利]一种MoS2

说明书

本发明公开了一种MoS₂准量子点/氮硫共掺杂生物质碳纳米材料及其制备方法和应用，通过将龙虾壳碳化后得到的氮掺杂生物质碳作为基底材料；随后通过固相法原位合成了MoS₂准量子点/氮、硫共掺杂生物质碳复合纳米材料；对所得产物的形貌分析可以看出，MoS₂准量子点致密的包裹在三维氮、硫共掺杂生物质碳基底材料表面，从而有效缓解了片状MoS₂纳米结构在钠离子脱嵌过程中结构坍塌、电极粉化以及MoS₂量子点在充放电过程中发生团聚的问题，本发明制备方法简单，反应温度可控、周期短，工艺设备简单，适合大规模生产。同时，将所制备的碳纳米材料用于钠离子电池负极，在电流密度为100mA g^‑1的条件下循环100圈后，依然具有340mAh g^‑1的容量，表现了出优异的电化学性能。

技术领域

本发明属于钠离子电池电极材料制备技术领域，具体涉及一种MoS₂准量子点/氮硫共掺杂生物质碳复合纳米材料的制备方法和应用。

背景技术

锂离子电池作为能源存储系统，在便携式电子设备、电动汽车以及无人机领域的应用变得越来越广泛。此外，新能源电动汽车产业迅猛发展，极大地推动了锂离子电池向更高能量密度和长寿命的方向发展。然而，锂资源稀缺且分布不均匀，导致价格不断飚升，严重制约了锂离子电池的大规模发展。

钠与锂属于同一主族，具有相似的化学性质。由于钠资源丰富且成本低廉，使得钠离子电池在储能领域有望代替锂离子电池。同时，钠离子电池的制造也可以借鉴锂离子电池的工艺流程。相关研究表明，用钠离子电池代替商业锂离子电池将降低大约30％的成本，这也使得钠离子电池相较于锂离子电池具有更大的优势。[L.N.Cong,H.M.Xie,J.H.Li,etal.Hierarchical structures based on two-dimensional nanomaterials forrechargeable lithium batteries.Advanced Energy Materials,2017,7,1601906]。然而，当选用商用锂离子电池的石墨负极用作钠离子电池负极时，其容量却仅为35mAh g^-1。这是因为钠离子的半径(r＝0.112 nm)比锂离子的半径(r＝0.076nm)大，使得钠离子在电极材料中的嵌入/脱出过程表现出缓慢的动力学；与此同时，嵌入/脱出过程易引起主体材料晶格结构塌陷，导致电极的循环性能差。因此，寻找合适的钠离子宿主材料具有一定的难度。[Y.Wen,K.He,Y.J.Zhu,et al. Expanded graphite as superior anode for sodium-ion batteries.Nature Communications,2014,5, 4033.Z.Hu,L.X.Wang,K.Zhang,etal.MoS₂ nanoflowers with expanded interlayers as high-performance anodes forsodium-ion batteries.Angewandte Chemie International Edition, 2014,53,12794]。MoS₂作为过渡金属硫化物，具有与石墨相似的S-Mo-S夹心层状结构，层内S原子与Mo原子以共价键结合，层间依靠弱的范德华力连接。其作为电极材料，表现出高的比容量(670mAh g^-1)，具有广泛的研究价值。然而，MoS₂作为钠离子电池电极，在离子脱/嵌过程中难以维持其结构稳定，易发生片层结构坍塌，影响S-Mo-S片层间的离子传导，从而表现出较差的电化学性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种MoS₂准量子点/氮硫共掺杂生物质碳复合纳米材料(/表示复合材料，下同)的制备方法，以解决目前常规MoS₂作为钠离子电池电极材料电化学性能差、稳定性差的问题；提供一种操作简单，反应温度可控，反应周期短，对设备要求低，适合大规模生产的制备方法。