MoS2纳米片基复合结构材料的制备及其性能研究

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二维层状过渡金属硫化物材料由于其独特的光电性质和优异的化学性质而成为广泛研究对象。作为典型代表的二硫化钼(MoS2),具有很高的理论比容量有望成为理想的锂离子电池阳极材料,但是作为电池阳极材料其循环性能比较差。研究发现,通过对MoS2表面修饰或形成MoS2基复合结构材料大力改善这一劣势。为了进一步提升MoS2作为锂电池阳极材料的循环稳定性,本文主要以MoS2纳米片为研究对象,将其分别和零维的SnO2纳米颗粒、一维的TiO2纳米管形成复合结构材料,并对比研究其电化学特性,以期探究提升MoS2基锂电池阳极材料的循环稳定性的机制,为其应用奠定基础。本文主要研究内容如下:  (1) 利用水热法制备MoS2纳米片,研究了在不同反应时间(0.5h-24h)下产物形貌的变化,通过基本表征分析以及电化学测试筛选出反应时间为17h(标记为 17-MoS2)和 24h(标记为 24-MoS2)所得的MoS2纳米片作为锂离子电池阳极材料,研究了所选 MoS2纳米片的电化学性能。为了比较,还研究商业MoS2的电化学性能。结果表明,在电流密度为100 mA g-1下,17-MoS2稳定性最好,30次充放电循环后容量基本保持在670 mAh g-1左右,远高于商用 MoS2的比容量。24-MoS2 具有较高的初始放电比容量(1662.9 mAh g-1),30次充放电循环后比容量为有547 mAh g-1左右,也高于商用MoS2比容量,但稳定性不如17-MoS2和商用MoS2。  (2) 发展了水热法,以 SnCl4?5H2O 为原料利用水热法制备出粒经约为6nm的SnO2颗粒,且具有优异的电化学特性,可逆容量在最初的20个循环中超过了理论容量。在最后的36-40次循环中比容量基本保持稳定不变。在第40次后依然保持760 mAh g-1的比容量接近理论比容量782 mAh g-1,并且库伦效率达到97.6%。  (3) 在上述工作的基础上,利用水热法将MoS2纳米片与SnO2纳米颗粒进行复合,形成了MoS2/SnO2复合结构材料。电化学测试性能表明,在电流密度为100 mA g-1下的前40次循环后容量基本稳定在800 mAh g-1左右,高于单一的MoS2纳米片的比容量,而且稳定性也得到了极大的改善。  (4) 利用阳极氧化法和水热法结合成功制备了 MoS2纳米片/TiO2纳米管复合结构。并对 MoS2/TiO2复合结构材料进行电化学性能测试。经过 37 次充放电循环后依然有约660 mAh cm-2的比容量。与单纯的MoS2纳米片相比较,稳定性明显提升。
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