MoS2/MoO2/碳纳米复合电极材料制备及作用机制研究

来源 :陕西科技大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:lishine369
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过渡金属硫化物中MoS2具有类石墨结构,因其具有较大的层间距(0.62 nm)以及高的理论容量(670 mAh g-1),被认为是非常具有发展潜力的负极材料。但是,MoS2在充放电过程中外来离子嵌入/脱出容易导致片层的堆叠,产生粉化现象。同时弱的导电性而使得其作为电极材料时,在循环一定圈数后容量发生明显衰减,这也使得它的应用受到限制。通常解决这类问题的方法主要是通过复合的方法使得MoS2能够在相应的基底表面原位生长,从而提高其结构的稳定性及电化学性能。本论文通过固相法原位合成技术将不同基底材料与MoS2进行复合,并对其结构,组成与性能进行系统的研究。(1)首先采用固相法研究气氛对钼酸铵热解产物的影响。分析表明,当钼酸铵在空气中氧化得到产物为MoO3、NH3和H2O。通过控制Ar气流量发现,当Ar气流量为150、125、50 sccm时,产物分别为MoO3、Mo4O11和少量MoO3,Mo4O11和少量MoO2,MoO2和少量Mo4O11,当Ar气流量为0 sccm时可得到纯相MoO2。该方法排除了在实验室制备纯相MoO2时采用Ar-H2混合气体来还原MoO3这一过程带所来的不安全隐患。接下来,通过MoO2和S粉的氧化还原反应来构筑具有三维结构的MoO2@MoS2纳米材料。通过初始MoO2和S粉的比率来控制MoS2、MoO2各组分在复合材料中的占比。研究结果表明在MoO2@MoS2架构中,具有91%-MoS2和85%-MoO2的组份配比,其首次放电容量高达1167 mAh g-1,在200次循环后,容量依旧维持在1016 mAh g-1。这种独特的3D架构不仅能够有效固定MoS2纳米片,确保了MoS2结构稳定,抑制了循环过程中的体积变化现象。同时作为基底材料的MoO2颗粒也为材料整体提供了高导电性,从而使得材料整体表现出有益的电化学性能。(2)使用还原氧化石墨烯固定MoO2,制备具有纳米蜂窝结构的MoO2/rGO作为锂离子电池(LIBs)的负极材料。通过对其电化学性能的研究发现,MoO2/rGO在电流密度为为0.1,0.2,0.5和1.0 A g-1时,表现出的容量为1128,759,723和673 mAh g-1。采用MoO2/rGO相似的合成方法,即预制体法制备MoS2/rGO纳米复合材料。当其用作LIB的阳极时,在100 mA g-1的电流密度下具有930 mAh g-1的可逆特异性容量,在100次循环后容量为843 mAh g-1。与此同时,在1000 mA g-1的高电流密度下的进一步测试显示在1000个循环后具有786 mAh g-1的容量。在MoS2/rGO//LiCoO2全电池组装后,该组合在220 W kg-1的功率密度下实现了208 Wh kg-1的能量密度。即使在1910 W kg-1的功率密度下,它的最小能量密度为157 Wh kg-1。(3)通过钼酸铵与果渣碳的不同配比预制体制备的MoS2/MoO2/三维碳纳米复合材料。通过对比发现,当预制体中钼酸铵含量适中(钼酸铵:果渣碳=10:1)时,其首次放电容量高达1100mAh g-1,循环五圈后容量稳定在800 mAh g-1左右,在循环到100圈后,容量依旧维持在800 mAh g-1。当预制体中MoO2:果渣碳=10:1时,所制备的MoS2/MoO2/三维碳纳米复合材料首次放电容量为1295 mAh g-1,在循环第二圈后其放电容量约为860 mAh g-1,且一直稳定在815 mAh g-1
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