[发明专利]一种由碳点修饰的无定型碳材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种由碳点修饰的无定型碳材料及其制备方法和应用，属于无定型碳材料制备技术领域。本发明公开了一种具有碳点修饰的无定型碳材料，可以利用水热、煅烧、共沉淀等多种方法在无定形碳表面和内部原位生长碳点。原位生长在无定形碳表面的碳点在储钠过程中能诱导生成不同的SEI膜，生长在无定形碳内部的碳点则有利于电子导电和离子扩散，有效提升钠离子电池的首次库伦效率和比容量。

技术领域

本发明属于无定型碳材料制备技术领域，涉及一种由碳点修饰的无定型碳材料及其制备方法和应用。

背景技术

近几十年来，全世界都在寻求绿色清洁能源以取代化石能源的方法。随着锂离子电池技术的逐渐成熟和钠离子电池、太阳能电池等新型能源的发展，能源结构转型步入加速阶段。锂离子电池已经在生活中广泛应用，几乎代替了传统的铅酸电池和其它一次性电池。但锂资源在地球上含量低且分布不均，随着锂电电动汽车技术的成熟，锂价格开始飙升，此外，地球锂含量也远远达不到代替完全汽油车的需求，钠离子电池的发展是必然的。

钠离子电池同锂离子电池一样，有着相似的储钠原理，即离子在正负极之间的移动从而实现充放电。目前研究的负极材料主要包括合金、金属化合物、碳、有机类、聚阴离子等。但最有可能面向产业化的依然是成本低廉，性能稳定的碳材料。目前碳材料主要来自于生物质碳，难以实现大规模制备。而对于产量丰富的沥青基碳、煤基碳等，性能还未达到要求。

因此寻找合适的碳来源、简单的制备方法和有效的改性策略已经成为目前的迫切需求。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种由碳点修饰的无定型碳材料；本发明的目的之二在于提供一种由碳点修饰的无定型碳材料的制备方法用；本发明的目的之三在于提供一种由碳点修饰的无定型碳材料在制备钠离子电池负极材料方面的应用。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

1.一种由碳点修饰的无定型碳材料，所述无定型碳材料包括无定形碳和碳点，其中碳点占无定形碳重量的百分比为0.1～10％，所述碳点的直径为3～50nm，所述碳点分布于无定形碳表面和/或内部。

2.上述由碳点修饰的无定型碳材料的制备方法，所述制备方法包括如步骤：

(1)将经过活化处理的碳点碳源与经过酸处理的无定形碳碳源进行溶剂热处理、焙烧处理或微波辐射处理，使碳点原位生长于无定形碳前驱体或者无定形碳的表面和/或内部，得到碳点修饰的无定形碳前驱体；

(2)将所述碳点修饰的无定形碳前驱体置于保护气氛中，升温至碳点碳源完全碳化，自然降温后取出，得到由碳点修饰的无定形碳材料。

优选的，所述活化处理为将碳点碳源进行热解处理、电解处理或酸氧化处理；

所述热解处理为将碳点碳源加热至热解温度并持续搅拌5～180min；

所述电解处理为将碳点碳源作为电极浸泡于水电解质中，通过施加氧化还原电位产生缺陷，或者所述电解处理为将碳点碳源溶于溶剂中，插入两个金属电极，在2～50V电压下通电 1～30h，并离心收集；

所述酸氧化处理为将碳点碳源溶于酸溶液后水浴超声12～200h后离心。

优选的，所述无定形碳碳源在酸处理前进行以下方式处理：将无定形碳碳源在温度为 500～1600℃的惰性气氛下热解，随后粉碎至粒径为0.5～500um得到经过酸处理的无定形碳碳源；

所述酸处理为将无定形碳碳源加入酸溶液中加热后进行水热处理，降温后洗涤干燥即可；

所述酸溶液为硝酸、盐酸或硫酸中的任意一种或几种。

优选的，所述无定形碳碳源为沥青、煤焦油、葡萄糖、一水合葡萄糖、蔗糖、淀粉、木质素、纤维素、木炭、酚醛树脂、聚丙烯酸钠、聚四氟乙烯或尿素中的任意一种或几种；