层状结构二硫化钼的合成及电化学性能研究

来源 :武汉轻工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lhz19700717
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二硫化钼(MoS2)是一种具有二维层状结构的过渡族金属硫化物材料,由于其特殊的电子结构和理化性能而被广泛地应用在各个领域,包括固体润滑剂、电解析氢催化以及太阳能电池储能等方面。近几年,二硫化钼纳米材料因为比容量高、成本低而被广泛用于锂离子电池负极材料,但其循环性能和高倍率性能较差限制了其实际应用。本论文通过调节MoS2的结构、大小和形貌,研究MoS2电极材料的电化学性能的影响因素,探索MoS2纳米材料生成机理,为MoS2电极材料的商业化提供理论基础,具体研究内容如下:采用水热法在不同温度条件(140℃,160℃,180℃,200℃)下合成了絮状MoS2纳米材料,并对优化后的MoS2材料进行Sn元素掺杂。对合成材料的结构和形貌进行了表征,并将所得样品作为锂离子电池负极材料,测试了其在室温下电化学性能。研究结果表明,不同温度合成的MoS2纳米花具有较好的电化学性能,160℃条件下合成样品性能最优,在100mA/g电流密度下首周放电比容量为1731.2mAh/g,在循环50周后放电比容量保持为803.2mAh/g。Sn掺杂MoS2在500mA/g电流密度下首周放电比容量高达1892.4mAh/g,循环30周后依然维持在1161.9mAh/g。实验结果证实了纳米化及离子掺杂是有效改善MoS2电化学性能的方法。制备了两种不同空心结构的MoS2纳米材料。水热法合成了空心MoS2纳米圆环,该纳米圆环内径为50-70nm,壁厚70nm;溶剂热法合成了具有200nm粒径25nm壁厚的MoS2空心球。两种空心材料均具有较好的电化学性能,在200mA/g电流密度下,空心MoS2纳米圆环首周放电比容量为1488mAh/g,循环50周后比容量保持在600mAh/g以上;而MoS2空心球在100mA/g电流密度下,首周放电比容量为1687.1mAh/g,循环20周后比容量保持在672mAh/g。提出了这两种特殊结构空心材料生长的可能机理,为设计合成不同形貌的MoS2纳米材料提供了一种新思路。利用简单的固相法在不同反应时间条件下(4h,8h,24h,48h)合成了粒径尺寸300nm-500nm的橄榄形MoS2/MoO2复合材料。XRD测试结果表明,随着反应时间的增加复合材料中MoS2的含量增加。合成材料的电化学性能与复合材料中两种物质相对含量有关,8h反应条件下合成的样品电化学性能最优,在100mA/g的电流密度下首周放电比容量为1202.6mAh/g,循环50周循环之后放电比容量维持在824.8mAh/g。与纯MoS2纳米材料比较,MoS2/MoO2复合材料的循环性能得到明显改善。
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