一种界面工程调控ZnS@MoS2复合材料的制备方法

一种界面工程调控zns@mos2复合材料的制备方法
技术领域
1.本发明涉及高性能锂离子存储技术领域，具体为一种界面工程调控zns@mos2复合材料的制备方法。


背景技术：

2.为了满足电动汽车和便携式电子设备日益增长的需求，锂离子电池(lib)的性能需要进一步改进和提高。在开发lib阳极材料以解决低倍率容量和不稳定的长循环性能方面，面临巨大挑战。传统的碳基阳极材料是稳定的，但具有较低的比容量和较差的倍率性能。已经研究了大量材料作为碳基材料的替代品，其中过渡金属硫化物(tmds)由于其良好的物理和电化学性能，正成为一类有前途的阳极材料，具有更高的性能。作为一种典型的层状tmd，二硫化钼(mos2)由于其独特的物理和电化学性能，作为一种有前途的阳极材料受到了极大的关注。由于层状结构，mos2具有0.62nm的大层间空间，这有利于实现锂离子的插层过程。mos2的理论容量为670mah g
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1，在转化反应中优于碳(372mah g-1)。所有这些优点使mos2成为构建高性能lib的一种有前途的阳极材料。然而，mos2的开发和利用背后存在一些问题。例如，mos2具有低的固有电导率和团聚问题。低的本征电导率阻碍了电解质和mos2之间的电子转移，而mos2的团聚降低了锂离子存储的活性位点，同时增加了扩散长度。这些问题降低了锂储存动力学，导致mos2阳极材料的速率性能较差。
3.处理该问题的一种实用策略是使用其他过渡金属硫化物构建mos2基异质结构。通过构建异质结构，由于在界面处引入内置电场，电子转移和锂离子迁移得以增强。异质结构中引入的界面通过增强表面反应动力学实现了快速的锂离子存储动力学。此外，异质结构中的协同效应可以极大地增加锂存储容量。研究表明，硫化锌(zns)由于其成本低且满足理论容量，在libs中用作阳极具有巨大潜力。zns通过两步锂储存反应、zns转化反应和zn-li合金化反应提供了出色的理论容量(824.9mah g
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1)。然而，作为典型的半导体，zns具有缓慢的电荷转移，这阻碍了快速锂存储动力学，导致不满意的速率性能。受光催化中zns和mos2的异质结构设计的启发，zns-mos2异质结构已被确立为锂存储的坚固阳极材料。在界面处引入的内置电场减轻了本征mos2和zns中的低电子转移和锂离子扩散，使zns-mos2异质结构成为一种有前途的阳极材料。尽管如此，zns和mos2的组合也有利弊。根据合金化反应，使用zns作为阳极材料会导致严重的zn团聚和体积膨胀。这一缺陷导致严重的容量衰减，导致循环性能恶化。为了实现异质结构结构，合成过程通常包含多个步骤，需要进一步优化大规模生产。界面调节策略可以极大地抑制金属硫化物阳极材料中的体积膨胀问题。界面调节将纳米结构引入异质结构，避免了合成过程中的团聚，并为异质结构添加了更多界面。此外，通过界面调节，锂离子扩散路径大大减少，电子转移增强。这些优点促进了异质结构中的电化学性能，这归因于快速的锂存储动力学。
4.mos2具有低的固有电导率和团聚问题。低的本征电导率阻碍了电解质和mos2之间的电子转移，而mos2的团聚降低了锂离子存储的活性位点，同时增加了扩散长度。这些问题降低了锂储存动力学，导致mos2阳极材料的速率性能较差。作为典型的半导体，zns具有缓
慢的电荷转移，这阻碍了快速的锂存储动力学，导致不满意的速率性能。根据合金化反应，使用zns作为阳极材料会导致严重的zn团聚和体积膨胀。这一缺陷导致严重的容量衰减，导致循环性能恶化。为了实现异质结构结构，合成过程通常包含多个步骤，需要进一步优化大规模生产。界面调节策略可以极大地抑制金属硫化物阳极材料的体积膨胀问题，为此我们提出了一种界面工程调控zns@mos2复合材料的制备方法。


技术实现要素：

5.(一)解决的技术问题
6.针对现有技术的不足，本发明提供了一种界面工程调控zns@mos2复合材料的制备方法，界面调节zns@mos2通过一步简便的溶剂热法设计和合成了异质结构。界面调节增加了比表面积并在异质结构中增加了更多的活性位点，异质结构结构在界面处引入了内置电场，增强了电荷转移和锂离子迁移率，从而提高了锂储存动力学。因此，界面调节zns@mos2在1000次循环后，异质结构在5a g
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1的电流密度下表现出996.0mah g
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1循环比容量，显示出锂离子存储中优异的循环和速率性能。这项工作提出了一种新的界面调节策略，实现了异质结构结构中增强的锂离子存储，并揭示了锂存储动力学升高的原因。
7.(二)技术方案
8.为实现上述所述目的，本发明提供如下技术方案：一种界面工程调控zns@mos2复合材料的制备方法，包括以下步骤：
9.第一步：将钼酸铵、乙酸锌和硫脲溶于体积比为混合溶液中，得到透明溶液；
10.第二步：将透明溶液转移到高压釜中进行加热；
11.第三步：冷却，然后过滤沉淀并用去离子水和乙醇洗涤；
12.第四步：干燥，最终得到黑色沉淀，即为zns@mos2复合材料。
13.优选的，第一步中钼酸铵、乙酸锌和硫脲配比为：0.196g钼酸铵、0.0915g乙酸锌和1g硫脲。
14.优选的，第一步中的混合溶液为1:1的去离子水和乙二醇。
15.优选的，第二步中的加热条件为在200℃下保持24小时。
16.优选的，第四步中的干燥条件为60℃真空干燥6小时。
17.(三)有益效果
18.与现有技术相比，本发明提供了一种界面工程调控zns@mos2复合材料的制备方法，具备以下有益效果：
19.1、该界面工程调控zns@mos2复合材料的制备方法，界面调节增加了比表面积并在异质结构中增加了更多的活性位点，异质结构结构在界面处引入了内置电场，增强了电荷转移和锂离子迁移率，从而提高了锂储存动力学。因此，界面调节zns@mos2在1000次循环后，异质结构在5a g
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1的电流密度下表现出996.0mah g
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1循环比容量，显示出锂离子存储中优异的循环和速率性能。这项工作提出了一种新的界面调节策略，实现了异质结构结构中增强的锂离子存储，并揭示了锂存储动力学升高的原因。
附图说明
20.图1为制备zns@mos2流程及结构表征示意图；
21.图2为本发明结构工作台示意图；
22.图3为zns@mos2的储锂性能曲线示意图。
具体实施方式
23.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
24.请参阅图1-3，一种界面工程调控zns@mos2复合材料的制备方法，包括以下内容：
25.将0.196g钼酸铵、0.0915g乙酸锌和1g硫脲溶于体积比为1:1的去离子水和乙二醇的混合溶液中，将透明溶液转移到40ml特氟隆衬里的不锈钢高压釜中，并在200℃下保持24小时。冷却至室温后，过滤沉淀并用去离子水和乙醇洗涤几次。最后，通过在60℃真空干燥6小时获得黑色沉淀。
26.对比例：基于上述制备zns@mos2复合材料的基础上，分别使用乙酸锌和钼酸铵作为前驱体，在相同条件下制备纯zns和纯mos2。
27.基于zns@mos2复合材料与zns和纯mos2的对比，xps与raman光谱测试结果表明复合材料通过化学键合的形式结合，具有独特的电子结构，有利于在储锂过程中锂离子的快速嵌入与脱出。从材料的cv图谱中可以看出zns与mos2具有不同的反应电位，复合材料在不同充放电电位下具有分步的储锂反应，从而提高了复合材料整体的电化学稳定性。因此，复合材料展现出优异的充放电倍率性能与循环稳定性能，电化学测试表明复合材料在锂离子电池负极材料领域具有广阔的应用前景。
28.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

技术特征：
1.一种界面工程调控zns@mos2复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步：将钼酸铵、乙酸锌和硫脲溶于体积比为混合溶液中，得到透明溶液；第二步：将透明溶液转移到高压釜中进行加热；第三步：冷却，然后过滤沉淀并用去离子水和乙醇洗涤；第四步：干燥，最终得到黑色沉淀，即为zns@mos2复合材料。2.根据权利要求1所述的一种界面工程调控zns@mos2复合材料的制备方法，其特征在于：第一步中钼酸铵、乙酸锌和硫脲配比为：0.196g钼酸铵、0.0915g乙酸锌和1g硫脲。3.根据权利要求1所述的一种界面工程调控zns@mos2复合材料的制备方法，其特征在于：第一步中的混合溶液为1:1的去离子水和乙二醇。4.根据权利要求1所述的一种界面工程调控zns@mos2复合材料的制备方法，其特征在于：第二步中的加热条件为在200℃下保持24小时。5.根据权利要求4所述的一种界面工程调控zns@mos2复合材料的制备方法，其特征在于：第四步中的干燥条件为60℃真空干燥6小时。

技术总结
本发明涉及高性能锂离子存储技术领域，且公开了一种界面工程调控ZnS@MoS2复合材料的制备方法，界面调节ZnS@MoS2通过一步简便的溶剂热法设计和合成了异质结构。界面调节增加了比表面积并在异质结构中增加了更多的活性位点，异质结构结构在界面处引入了内置电场，增强了电荷转移和锂离子迁移率，从而提高了锂储存动力学。因此，界面调节ZnS@MoS2在1000次循环后，异质结构在5a g


技术研发人员：王家海 陈辅周
受保护的技术使用者：广州大学
技术研发日：2023.04.13
技术公布日：2023/10/6