本發(fā)明屬于鈉離子電池電極材料，尤其涉及一種mote2-mon復(fù)合硬碳材料及其制備方法與應(yīng)用。
背景技術(shù)：
1、開發(fā)高性能可充電儲能電池對于緩解環(huán)境污染、滿足社會可持續(xù)發(fā)展需求及推動新能源應(yīng)用具有重要意義。在眾多儲能體系中，鈉離子電池（sib）因其鈉資源豐富、成本低廉，并具備大容量和長壽命儲能潛力而受到廣泛關(guān)注。然而，由于鈉離子半徑較大，sib在電化學(xué)過程中往往表現(xiàn)出緩慢的動力學(xué)特性，導(dǎo)致其倍率性能、長周期循環(huán)穩(wěn)定性及安全性面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。為克服上述問題，研究人員致力于開發(fā)新型高性能sib負(fù)極材料。目前，作為最有前景的實際應(yīng)用負(fù)極材料之一，硬碳負(fù)極材料能夠提供300-400?mah/g的高容量，但倍率性能不佳，無法滿足高倍率儲能應(yīng)用的要求。
2、過渡金屬二硫族化合物（tmds）具有獨(dú)特的層狀結(jié)構(gòu)、高理論容量的優(yōu)勢，特別是二維材料mote2擁有te-mo-te弱范德華相互作用更有利于na+擴(kuò)散。但其導(dǎo)電性差在充放電過程中的體積變化結(jié)構(gòu)坍塌導(dǎo)致容量衰減加劇問題仍然存在。為解決這個問題，最常見的策略是碳材料與之結(jié)合。其可以緩解儲鈉過程帶來的體積變化，并提高整體電極的循環(huán)壽命。然而僅僅簡單將二者結(jié)合不能充分發(fā)揮其高容量，故設(shè)計異質(zhì)結(jié)構(gòu)是釋放復(fù)合材料潛力的有效策略。得益于在異質(zhì)界面處能夠產(chǎn)生內(nèi)置電場以增強(qiáng)na+的擴(kuò)散動力學(xué)，增加費(fèi)米能級的態(tài)密度，減少na傳輸障礙并增強(qiáng)材料的容量。
3、作為典型的過渡金屬氮化物（tmns）之一，mon擁有低離子遷移勢壘和高導(dǎo)電性，能夠有效改善電子/離子傳輸。因此將mon與mote2、c構(gòu)建具有異質(zhì)結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料能夠展現(xiàn)出作為理想負(fù)極材料的潛力。此前報道的合成mon的方法主要有金屬直接氮化法，硫化物氨解等。但這些方法通常涉及苛刻的合成條件，涉及有毒氣體（nh3），高壓環(huán)境等，不利于其大規(guī)模生產(chǎn)和實際應(yīng)用。目前針對簡單方法合成氮化物并構(gòu)建mote2-mon異質(zhì)結(jié)復(fù)合硬碳材料應(yīng)用于鈉離子電池負(fù)極尚無報道。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種mote2-mon復(fù)合硬碳材料及其制備方法與應(yīng)用，將mote2-mon復(fù)合硬碳材料應(yīng)用于鈉離子電池負(fù)極材料中，以推動鈉離子電池產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展。
2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了以下技術(shù)方案：
3、本發(fā)明提供了一種mote2-mon復(fù)合硬碳材料的制備方法，包括以下步驟：
4、（1）將鉬酸銨溶解于水中，并加入乙二胺得到混合液，再滴加鹽酸至沉淀生成，加熱反應(yīng)后經(jīng)固液分離、洗滌、干燥，得到moo3-eda納米棒；
5、（2）將步驟（1）得到的moo3-eda納米棒超聲分散于水中，加入尿素溶液，再加入生物質(zhì)硬碳，混合均勻后干燥得到復(fù)合前驅(qū)體；
6、（3）將步驟（2）所得復(fù)合前驅(qū)體與碲（te）粉在還原性氣氛中共同煅燒，所述煅燒的溫度為800℃，在生物質(zhì)硬碳基底上實現(xiàn)mote2與mon的原位共生與復(fù)合，形成mote2-mon異質(zhì)結(jié)，得到所述mote2-mon復(fù)合硬碳材料。
7、本發(fā)明的制備方法中，復(fù)合前驅(qū)體與碲粉在還原性氣氛中共同煅燒，利用尿素在熱處理過程中的同步分解特性，使其同時作為氮源和還原氣氛前驅(qū)體，驅(qū)動鉬氧化物與te蒸氣發(fā)生一步耦合反應(yīng)，從而在生物質(zhì)硬碳基底上實現(xiàn)mote2與mon的原位共生與復(fù)合，形成mote2-mon異質(zhì)結(jié)。
8、進(jìn)一步地，步驟（1）中，所述鉬酸銨與所述乙二胺的質(zhì)量比為1.28∶1；所述鹽酸的濃度為1m。
9、進(jìn)一步地，步驟（1）中，所述加熱反應(yīng)的反應(yīng)溫度為40-70℃，反應(yīng)時間為1-3h。
10、進(jìn)一步地，步驟（2）中，所述moo3-eda納米棒、尿素溶液中尿素以及生物質(zhì)硬碳的質(zhì)量比為0.1∶（0.4-1）∶（0.2-0.4）；優(yōu)選的，moo3-eda納米棒、尿素溶液中尿素以及生物質(zhì)硬碳的質(zhì)量比為0.1∶0.8∶0.3。
11、進(jìn)一步地，步驟（3）中，所述碲粉與生物質(zhì)硬碳的質(zhì)量比為（0.1-0.4）∶（0.2-0.4）；優(yōu)選，碲粉與生物質(zhì)硬碳的質(zhì)量比為0.3∶0.3。
12、進(jìn)一步地，步驟（3）中，所述煅燒的時間為3-7?h。
13、進(jìn)一步地，步驟（3）中，所述還原性氣氛包括氫氣（h2）和氬氣（ar）；優(yōu)選的，還原性氣氛包括5%?h2+95%?ar（%表示體積百分?jǐn)?shù)）。
14、進(jìn)一步地，步驟（2）中，所述超聲分散的時間為0.5-1.5?h。
15、進(jìn)一步地，步驟（2）中，所述生物質(zhì)硬碳是將生物質(zhì)原料經(jīng)堿液水熱預(yù)處理后，再經(jīng)高溫碳化得到，具體制備方法為：
16、s1.取生物質(zhì)原料進(jìn)行搓洗干燥去除雜質(zhì)，隨后將其剪碎放入聚四氟乙烯反應(yīng)釜中，向其倒入2.5?m的koh溶液進(jìn)行水熱反應(yīng)，待反應(yīng)完成后降至室溫，取出并用去離子水過濾清洗直至中性，將該產(chǎn)物放入烘箱內(nèi)烘干；
17、s2.將步驟s1中的產(chǎn)物放置于剛玉坩堝中，送入管式爐內(nèi)進(jìn)行碳化，得到生物質(zhì)硬碳。
18、更進(jìn)一步地，在所述生物質(zhì)硬碳的制備方法s1中，生物質(zhì)原料為劍麻纖維，水熱反應(yīng)的溫度為140-180℃；s2中，碳化的溫度為700-900℃，碳化在煅燒保護(hù)氣體下進(jìn)行，具體為氬氣（ar）。
19、本發(fā)明還提供了一種mote2-mon復(fù)合硬碳材料，根據(jù)上述制備方法制備得到。
20、本發(fā)明還提供了一種上述mote2-mon復(fù)合硬碳材料在制備鈉離子電池中的應(yīng)用，所述mote2-mon復(fù)合硬碳材料作為鈉離子電池負(fù)極。
21、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點和技術(shù)效果：
22、（1）本發(fā)明的制備方法摒棄了復(fù)雜的多步分離合成工藝，獨(dú)創(chuàng)性地利用尿素在熱處理中的同步分解特性，使其同時作為氮源和還原氣氛前驅(qū)體，鉬氧化物與te蒸氣發(fā)生一步耦合反應(yīng)，實現(xiàn)了mote2與mon的原位共生與復(fù)合，這種“一石三鳥”的設(shè)計極大的簡化了工藝流程，降低了能耗與成本。
23、（2）本發(fā)明制備的mote2-mon復(fù)合硬碳材料中，其mote2納米帶與mon納米片在碳骨架上的均勻、交錯生長，構(gòu)筑了緊密連接的異質(zhì)界面，該異質(zhì)界面誘導(dǎo)的內(nèi)建電場加速了電荷傳輸動力學(xué)，提高了反應(yīng)速率，增強(qiáng)循環(huán)穩(wěn)定性。
1.一種mote2-mon復(fù)合硬碳材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述mote2-mon復(fù)合硬碳材料的制備方法，其特征在于，步驟（1）中，所述鉬酸銨與所述乙二胺的質(zhì)量比為1.28∶1；所述鹽酸的濃度為1?m。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述mote2-mon復(fù)合硬碳材料的制備方法，其特征在于，步驟（1）中，所述加熱反應(yīng)的反應(yīng)溫度為40-70℃，反應(yīng)時間為1-3?h。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述mote2-mon復(fù)合硬碳材料的制備方法，其特征在于，步驟（2）中，所述moo3-eda納米棒、尿素溶液中尿素和生物質(zhì)硬碳的質(zhì)量比為0.1∶（0.4-1）∶（0.2-0.4）。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述mote2-mon復(fù)合硬碳材料的制備方法，其特征在于，步驟（3）中，所述碲粉與生物質(zhì)硬碳的質(zhì)量比為（0.1-0.4）∶（0.2-0.4）。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述mote2-mon復(fù)合硬碳材料的制備方法，其特征在于，步驟（3）中，所述煅燒的時間為3-7?h。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述mote2-mon復(fù)合硬碳材料的制備方法，其特征在于，步驟（3）中，所述還原性氣氛包括氫氣和氬氣。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述mote2-mon復(fù)合硬碳材料的制備方法，其特征在于，步驟（2）中，所述超聲分散的時間為0.5-1.5h。
9.一種mote2-mon復(fù)合硬碳材料，其特征在于，根據(jù)權(quán)利要求1-8任一項所述制備方法制備得到。
10.一種如權(quán)利要求9所述mote2-mon復(fù)合硬碳材料在制備鈉離子電池中的應(yīng)用，其特征在于，所述mote2-mon復(fù)合硬碳材料作為鈉離子電池負(fù)極。