[发明专利]一种碳化钼修饰的中空氮掺杂碳颗粒及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种碳化钼修饰的中空氮掺杂碳颗粒及其制备方法和应用。本发明的碳化钼修饰的中空氮掺杂碳颗粒的制备方法包括以下步骤：1)制备羧基化聚苯乙烯微球；2)制备ZIF‑8和磷钼酸共修饰的羧基化聚苯乙烯微球；3)将ZIF‑8和磷钼酸共修饰的羧基化聚苯乙烯微球置于保护气氛中，进行煅烧，即得碳化钼修饰的中空氮掺杂碳颗粒。本发明的碳化钼修饰的中空氮掺杂碳颗粒不仅可以提高硫的负载和多硫化物的吸附，而且有利于促进硫与多硫化物之间的转化，其制备方法简单、生产成本低，将其与升华硫复合制成正极材料后再组装成的钠硫电池具有优异的循环稳定性和倍率性能，适合进行大规模应用。

技术领域

本发明涉及室温钠硫电池技术领域，具体涉及一种碳化钼修饰的中空氮掺杂碳颗粒及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，随着电动汽车和大规模储能系统的快速发展，兼具高能量密度和低成本的新型电池的开发成为了研究热点。室温钠硫电池具有能量密度高、原材料储量丰富、绿色环保等优点，成为了有前途的下一代储能器件候选者之一。然而，由于硫及放电产物的绝缘性、多硫化物的“穿梭效应”、体积膨胀等因素的影响，室温钠硫电池存在循环性能差、倍率性能差、库仑效率低等一系列问题，限制了室温钠硫电池的大规模商业化应用。

因此，开发一种高效的催化剂作为硫正极载体，实现对多硫化钠的锚定和催化其快速转化，对于解决室温钠硫电池的“穿梭效应”和提高电池的性能具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种碳化钼修饰的中空氮掺杂碳颗粒及其制备方法和应用。

本发明所采取的技术方案是：

一种碳化钼修饰的中空氮掺杂碳颗粒的制备方法包括以下步骤：

1)将苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸、pH调节剂和引发剂分散在水中，进行反应，得到羧基化聚苯乙烯微球；

2)将羧基化聚苯乙烯微球、锌盐、磷钼酸和2-甲基咪唑分散在甲醇中，进行反应，得到ZIF-8和磷钼酸共修饰的羧基化聚苯乙烯微球；

3)将ZIF-8和磷钼酸共修饰的羧基化聚苯乙烯微球置于保护气氛中，进行煅烧，即得碳化钼修饰的中空氮掺杂碳颗粒。

优选的，步骤1)所述苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸的摩尔比为1:0.03～0.07:0.03～0.07。

优选的，步骤1)所述pH调节剂为碳酸氢铵、碳酸氢钠中的至少一种。

优选的，步骤1)所述pH调节剂的添加量为苯乙烯质量的0.02％～0.03％。

优选的，步骤1)所述引发剂为过硫酸铵、过硫酸钾、过硫酸钠中的至少一种。

优选的，步骤1)所述引发剂的添加量为苯乙烯质量的0.025％～0.035％。

优选的，步骤1)所述反应在70℃～90℃下进行，反应时间为10h～15h。

优选的，步骤2)所述锌盐、磷钼酸、2-甲基咪唑的摩尔比为1:0.8～2.4:6～10。

优选的，步骤2)所述锌盐为硝酸锌、硫酸锌、氯化锌中的至少一种。

优选的，步骤2)所述反应在室温下进行，反应时间为15h～20h。

优选的，步骤3)所述保护气氛为氮气气氛、氩气气氛中的一种。

优选的，步骤3)所述煅烧的具体操作为：以3℃/min～5℃/min的升温速率升温至800℃～1000℃，再保温1h～3h。

一种碳化钼修饰的中空氮掺杂碳颗粒，由上述制备方法制成。

一种室温钠硫电池正极材料，其组成包括上述碳化钼修饰的中空氮掺杂碳颗粒和升华硫。