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二硫化钼/碳复合材料的设计及其在锂离子电池中的应用

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二硫化钼/碳复合材料的设计及其在锂离子电池中的应用

作者：苗正瑞南昌大学

学位级别：硕士

负极材料的选取对于提高锂离子电池的性能至关重要。如今市面上流行的石墨负极存在能量密度低的缺点,不能满足大能量密度的要求。为此,探索新的,能量密度高的锂离子电池负极材料显得尤为迫切。在众多的材料中,过渡金属硫化物具有理论容... 详细信息

负极材料的选取对于提高锂离子电池的性能至关重要。如今市面上流行的石墨负极存在能量密度低的缺点,不能满足大能量密度的要求。为此,探索新的,能量密度高的锂离子电池负极材料显得尤为迫切。在众多的材料中,过渡金属硫化物具有理论容量高和导电性好等优点,被认为是具有很大应用潜力的锂离子电池负极材料。但是,过渡金属硫化合物存在电导率低、循环性能以及倍率性能差等缺点,阻碍了其在锂离子电池中的应用。为解决上述存在的问题,本文设计并合成了不同形貌和结构的二硫化钼/碳复合物,研究其电化学性能,具体内容如下:1.通过水热法以二水合钼酸钠为钼源,硫脲为硫源,处理过的木耳为碳源合成不同形貌的二硫化钼/碳复合物前驱体,经退火处理后得到玫瑰花状、菊花状和西兰花状二硫化钼/碳复合物。实验结果表明,玫瑰花二硫化钼/碳复合物具有优异的电化学性能,在2.0 A g的大电流密度下,Mo S/FC-2电极仍能释放885.1 m Ah g的高放电容量,且当电流密度恢复到0.1 A g时,可逆容量也可得到恢复。2.在前述工作的基础上,采用静电纺丝策略,将玫瑰花状二硫化钼/碳复合物限域于纺丝纤维中,形成3 D的网状结构。这种结构有利于提高界面转化反应动力学,增加离子通道,缩短锂离子嵌入和脱出路径,缓解充放电反应过程中电极的体积效应。同时,静电纺丝产生大量的纤维结构增大了材料的比表面积,有利于提高表面电容。电化学性能测试结果表明,电流密度5.0 A g时的放电容量为387.4 m Ah g。在电流密度1.0 A g下循环200次后的放电比容量为495.0m Ah g。3.采用原位合成路线,将钼源和硫源直接加入到纺丝液中进行纺丝,随后通过水热和退火处理,构建了二硫化钼纳米片原位生长在碳纳米纤维上的多级分层结构。由静电纺丝生成的碳纳米纤维可以提供大量的电子/离子传输通道,提高了离子在电化学反应中的扩散效率。多级分层结构能够增加二硫化钼纳米片反应活性位点,同时原位生长的二硫化钼纳米片与碳纤维间有较强的相互作用,提高了结构的稳定性。电化学测试结果表明,在电流密度5.0 A g时,复合材料放电容量可保持为495.6 m Ah g。1.0 A g电流密度下经过200周放放电循环后,放电容量仍保持在641.2 m Ah g,证明所得材料具有良好的循环稳定性。

关键词：二硫化钼碳复合材料锂离子电池负极材料静电纺丝

二硫化钼/碳复合材料的制备及其储钠性能研究

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二硫化钼/碳复合材料的制备及其储钠性能研究

作者：张旭北京化工大学

学位级别：硕士

随着全球新能源化学电源市场需求的极速增长,钠离子电池因其取之不尽的资源、安全、生态友好等优势,被视为最可行的下一代储能体系以代替资源稀缺的锂离子电池。负极作为关键储能部分,对电池的综合性能具有重要的影响。探寻新型具有能... 详细信息

随着全球新能源化学电源市场需求的极速增长,钠离子电池因其取之不尽的资源、安全、生态友好等优势,被视为最可行的下一代储能体系以代替资源稀缺的锂离子电池。负极作为关键储能部分,对电池的综合性能具有重要的影响。探寻新型具有能量密度高、循环寿命长的负极材料,是保证钠离子电池能够推广商用的关键。钠离子电池负极材料开发中存在的瓶颈问题是钠离子较大的离子半径导致其循环寿命、能量密度等均难以达到类似锂离子电池的商业化标准。晶体结构类似石墨层状堆叠的二硫化钼有着更宽的层间距(0.62nm),且在钠离子电池中能够通过转化反应机制进行额外储钠,从而能够实现储钠的的高理论容量,但其在应用中仍存在较大的体积膨胀、本征电导率低和循环衰减快等缺点。本文通过将MoS与多种碳材料复合以及构造新型MoS结构的方法来提高MoS的导电性、改善微观形貌、防止材料破碎和团聚,达到了优异的储钠容量和循环寿命。具体探究内容如下:(1)采用软模板法制备了直径为250nm左右的氮掺杂碳复合的MoS纳米花球,并确定了水热合成中的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)最佳添加量。其中PVP发挥两种作用,一是其分散在水中的胶束可作为软模板诱导MoS水热过程形成粒径均匀的纳米花球,二是作为表面活性剂诱导MoS晶体形成少层的变化并有一定的插层作用。在电化学测试循环120次后,100mA/g下MoS/NC可逆容量为530mAh/g,容量保持率为92.9%。(2)改用多壁碳纳米管(CNT)作为模板,一锅水热法合成MoS和碳纳米管紧密复合的直径1μm花球。水热过程中MoS附着CNT生长形成紧密复合的结构,不仅改善了水热法合成的MoS的形貌,并依靠CNT极其优异的导电率和机械稳定性,进一步提升了二硫化钼的循环寿命。经过200圈循环后100CNT/MoS样品提供372.1mAh/g可逆容量剩余,83.2%的容量保持率。(3)利用一锅水热法,将CNT与CTAB衍生碳两种碳材料与MoS进行复合,得到了直径为1μm左右的CNT/MoS/NC花球。在第四章工作的基础上使用CTAB分子插层二硫化钼,退火后在二硫化钼晶体层间原位生成氮掺杂的碳,扩展了MoS的层间距,多余的碳沉积在MoS花球表面起到辅助的保护作用。实验证明具有协同作用的双碳复合可以大大提高MoS的电化学性能。在1A/g的大电流长循环测试中500圈测试保持350mAh/g,表现高容量保持率89.4%。

关键词：钠离子电池二硫化钼扩展层间距模板法水热法

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二硫化钼纳米材料在光催化应用中的研究进展

材料导报 2016年第15期30卷 12-18页

作者：黄飞蒲雪超冉濛梁琦赵辉齐敏闫爱华中国矿业大学低碳能源研究院徐州221008 中国矿业大学材料科学与工程学院徐州221116 重庆理工大学材料科学与工程学院重庆400054

二硫化钼(MoS_2)具有类石墨烯层状结构、良好的光学性能和电子传输特性,在光催化、太阳能电池、光开关等领域具有广阔的应用前景,一直备受关注。综述了近5年MoS_2纳米材料在光催化降解有机物和光催化水解制氢领域内的最新研究进展,分析... 详细信息

二硫化钼(MoS_2)具有类石墨烯层状结构、良好的光学性能和电子传输特性,在光催化、太阳能电池、光开关等领域具有广阔的应用前景,一直备受关注。综述了近5年MoS_2纳米材料在光催化降解有机物和光催化水解制氢领域内的最新研究进展,分析了MoS_2纳米材料在光催化应用中存在的主要问题与挑战,重点介绍了相关解决方法。最后展望了MoS_2纳米材料在光催化应用中的发展方向和应用前景。

关键词：二硫化钼纳米材料光催化

二硫化钼改性石墨基复合涂层在高温下的摩擦学行为

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材料保护 2022年第9期55卷 10-15,21页

作者：裘子剑唐海鹏赵永武江苏联合职业技术学院无锡机电分院江苏无锡214028 江南大学机械学院江苏无锡214122

目前对活塞裙部涂层在高温下的摩擦学行为鲜有研究,为此以石墨、二硫化钼为填料,聚酰亚胺(PI)为粘结剂制备了可用于活塞服役环境的耐磨减摩复合涂层,研究了不同组分涂层在200,400℃下的摩擦学行为。利用热重分析仪(TGA)对涂层的热稳定... 详细信息

目前对活塞裙部涂层在高温下的摩擦学行为鲜有研究,为此以石墨、二硫化钼为填料,聚酰亚胺(PI)为粘结剂制备了可用于活塞服役环境的耐磨减摩复合涂层,研究了不同组分涂层在200,400℃下的摩擦学行为。利用热重分析仪(TGA)对涂层的热稳定性进行表征;利用摩擦磨损试验机和扫描电子显微镜(SEM)对涂层的摩擦磨损性能进行表征。研究结果表明:石墨/PI涂层具有更好的耐高温性能;在200℃环境下,二硫化钼/石墨/PI涂层摩擦系数最低,为0.175;在400℃环境下,涂层摩擦系数均有所提高。但由于二硫化钼的分解,石墨/PI涂层的摩擦系数低于二硫化钼/石墨/PI涂层的;磨损率的趋势与摩擦系数相同,在200℃环境下,二硫化钼/石墨/PI涂层磨损率最低,而在400℃环境下石墨/PI涂层的磨损率低于二硫化钼/石墨/PI涂层的。

关键词：石墨二硫化钼高温摩擦系数磨损率

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二硫化钼单晶薄膜的可控制备及其性质研究

二硫化钼单晶薄膜的可控制备及其性质研究

作者：康璐璐南京邮电大学

学位级别：硕士

近年来,二维层状材料因其独特的电子性质和光学性质成为下一代纳米光电器件应用的热门材料。石墨烯由于零带隙的限制,依然在短期内无法实现大规模应用。与之不同,TMDCs包括半导体性质和金属性质的两类,具有带隙大、自旋谷极化和超导等特... 详细信息

近年来,二维层状材料因其独特的电子性质和光学性质成为下一代纳米光电器件应用的热门材料。石墨烯由于零带隙的限制,依然在短期内无法实现大规模应用。与之不同,TMDCs包括半导体性质和金属性质的两类,具有带隙大、自旋谷极化和超导等特性,特别是单层MoS2,它是TMDCs的典型代表,最薄的直接带隙半导体。与传统的硅基半导体相比,单层MoS2薄膜被认为是下一代电子器件和集成电路的替代材料,同时也在能源催化、集成电路、光学以及电子器件等诸多领域有着非比寻常的潜在应用价值。然而,要实现具有理想质量和光电性能且满足实际应用要求的MoS2薄膜的可控制备,仍然存在巨大的挑战。本文使用常压CVD方法通过不同的实验方案,实现了 MoS2单层连续薄膜、取向一致的单晶薄膜以及不同衬底上单双层薄膜的可控制备,分别研究了生长过程中各参数对薄膜生长的影响,探究了生长机制以及相关性质。本项工作主要内容如下:首先,采用空间受限的APCVD方法,调整反应空间降低前驱物的浓度和流速,有利于降低薄膜的成核密度和生长速率,持续提供充足的Mo源,促进MoS2连续薄膜的形核和横向生长。生长过程中少量的NaCl降低了反应的温度和成核密度,提高了反应的速率和形核质量。在MoO3均匀混合一定量NaCl的前提下,750℃的生长温度确保生长的薄膜为单层且尺寸尽可能地大,与此同时保持一定的生长时间才能从单晶薄膜生长合并成为连续薄膜。且空间受限制备连续薄膜的方法具有通用性。另外,完整稳定地转移薄膜后,发现在薄膜生长过程中引入了应变。其次,在c面蓝宝石上成功制备出取向高度一致的MoS2单晶薄膜,三角形MoS2的一个边缘始终沿着c面蓝宝石[11-20]晶向。高温退火使蓝宝石表面重构出现原子级台阶,台阶方向沿[11-20]晶向,其边缘与MoS2的一个边有强耦合作用因而引导取向一致;另外,前驱物S/MoO3达到一定比例时,由于表面蒸气过多,生长初期形成小的MoS2晶粒与衬底之间的vdW相互作用会使其发生旋转,所以反应物比例和晶格匹配也在取向一致MoS2的生长中发挥着重要作用。而且由于MoS2与衬底间较强的范德华作用力,取向一致的MoS2光致发光强度明显低于取向随机的MoS2。此外,取向一致MoS2薄膜的形貌对生长温度具有很大的依赖性。最后,在SiO2（300 nm）/Si以及c面蓝宝石上制备了 MoS2单双层薄膜。因为生长衬底热膨胀系数的不同,在生长过程中衬底对薄膜材料引入的应变类型是不同的。根据拉曼光谱和光致发光光谱测试结果,SiO2（300 nm）/Si衬底热膨胀系数小于MoS2薄膜,所以引入了明显的拉伸应力,并且具有层间耦合的双层薄膜,应变情况弱于单层MoS2薄膜。蓝宝石衬底的热膨胀系数略大于MoS2薄膜,在光谱测试中观察到了微弱的压缩应力。

关键词：二硫化钼化学气相沉积空间受限取向一致应变

二硫化钼-碳复合材料用作钠离子电容电池负极材料

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物理化学学报 2017年第4期33卷 787-794页

作者：赵立平孟未帅王宏宇齐力辽宁石油化工大学化学化工与环境学部辽宁抚顺113001 中国科学院长春应用化学研究所电分析国家重点实验室长春130022 东北师范大学化学学院长春130024

采用水热方法合成了二硫化钼-碳复合材料(MoS_2-C)。使用X射线衍射,扫描电子显微镜,透射电子显微镜,氮气吸-脱附和热重分析等手段对材料进行了物性表征。研究了MoS_2-C储钠机理,将其用作有机系钠离子电容电池负极材料,组装了MoS_2-C/AC... 详细信息

采用水热方法合成了二硫化钼-碳复合材料(MoS_2-C)。使用X射线衍射,扫描电子显微镜,透射电子显微镜,氮气吸-脱附和热重分析等手段对材料进行了物性表征。研究了MoS_2-C储钠机理,将其用作有机系钠离子电容电池负极材料,组装了MoS_2-C/AC电容电池,研究了电容电池的电化学性能。测试结果显示电容电池具有较高比能量和比功率,也表现出了较好的循环稳定性,经1000次循环后容量保持率高达96%。

关键词：二硫化钼活性炭钠离子负极材料电容电池

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二硫化钼性能及应用研究进展

粉末冶金技术 2021年第5期39卷 471-478页

作者：李晶王宇晴刘东新何凯路琳金堆城钼业股份有限公司西安710077

二硫化钼(MoS_(2))具有特殊层状结构和特有的性质,被广泛应用于电子器件、催化剂、生物医疗等领域。文中论述了MoS_(2)的润滑性能、光电性能、催化降解性能,介绍了MoS_(2)在锂离子电池、超级电容器、生物医疗、生物传感器、光催化等领... 详细信息

二硫化钼(MoS_(2))具有特殊层状结构和特有的性质,被广泛应用于电子器件、催化剂、生物医疗等领域。文中论述了MoS_(2)的润滑性能、光电性能、催化降解性能,介绍了MoS_(2)在锂离子电池、超级电容器、生物医疗、生物传感器、光催化等领域的应用研究现状,结合研究背景和发展现状提出了MoS_(2)未来的发展趋势。

关键词：二硫化钼光电性能层状结构能带结构光催化降解性能

二硫化钼基二维材料的制备及其在能源转换和存储中的应用研究

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二硫化钼基二维材料的制备及其在能源转换和存储中的应用研究

作者：石峰郑州大学

学位级别：硕士

随着二维(2D)材料研究的兴起,以二硫化钼(Mo S)为代表的二维过渡金属硫化物(TMDs)由于其具有独特的物理、化学和电子性质,成为解决人类能源和环境问题最具潜力的催化剂材料之一。表面活化和结构设计由于对二硫化钼的本征活性、原子利用... 详细信息

随着二维(2D)材料研究的兴起,以二硫化钼(Mo S)为代表的二维过渡金属硫化物(TMDs)由于其具有独特的物理、化学和电子性质,成为解决人类能源和环境问题最具潜力的催化剂材料之一。表面活化和结构设计由于对二硫化钼的本征活性、原子利用率以及界面电荷转移等具有巨大的提升作用,逐步受到重视并成为研究热点,在能源转换和存储领域具有极高的应用前景。例如,单层或者少层的硫化钼因其边缘具有较高的电催化析氢(HER)活性,在电解水制氢方面有很大应用;而具有三维空间结构的硫化钼纳米片阵列拥有离子储存的能力,可以用作离子电池的正负极材料。基于此,本论文旨在从综合制备方法、结构解析和应用探究三个方面对二硫化钼基材料进行调控,提升它在不同领域的应用范围,主要内容如下:(1)S原子空位Mo S纳米片的Pt纳米簇负载与协同电催化析氢性能单层或者少层Mo S因其边缘具有较高的电催化析氢(HER)活性,在电解水制氢方面有很大应用,降低过电位是高效电催化HER的关键。首先通过固相还原法对体相Mo S进行高效剥离得到含有大量S空位的Mo S(Sv-Mo S)纳米片,然后通过简单的室温浸渍法,利用强载体作用使Pt原子均匀分散在Sv-Mo S纳米片表面S空位处形成2-3 nm的纳米簇。Pt原子负载的Sv-Mo S(Pt/Sv-Mo S)纳米片催化剂的电催化HER结果表明,在酸性介质中,Pt/Sv-Mo S在10 m A cm的过电位仅为26.6 m V,且具有良好的催化稳定性;当Pt的负载质量为5%时,可以实现Pt原子的最大利用率。Pt/Sv-Mo S高的HER的活性归因于Pt纳米簇和S空位的协同作用,极大地降低了催化剂表面吸附氢的吉布斯自由能。此外,利用XPS和TEM对Pt/Sv-Mo S催化剂良好稳定性的背后机制进行了研究。(2)Mo S纳米片的TAPP表面共价功能化与光催化还原COCO的光催化还原是降低温室效应、实现CO资源化利用的重要途经。Mo S作为典型的半导体材料,光生电子对CO具有强的还原能力,有效提高二维Mo S纳米片光生电子是改善CO还原效率的关键。研究者提出了一种二维Mo S纳米片的四-氨基-苯基卟啉(TAPP)表面共价功能化,改善其光生电子的方法。具体地,用TAPP重氮化盐与二维Mo S纳米片反应制备TAPP@Mo S,实现染料敏化改性。通过FT-IR、XPS、UV-vis和TEM等手段对TAPP@Mo S进行了微结构分析,结果显示,大量TAPP分子通过S-C化学键的方式锚定在Mo S纳米片上,极大地降低TAPP分子和Mo S纳米片的空间距离。TAPP光敏剂光致激发产生的光生电子可以有效地注入Mo S的导带中,促进CO还原反应发生。CO还原实验证实,在光照情况下TAPP@Mo S还原CO为CO的效率比Mo S提高了5.6倍。可见,Mo S的有机小分子共价功能化策略为提高Mo S基催化剂在光电催化方面的性能与拓展应用提供了新思路。(3)大层间距水合Mo S纳米阵列的制备及其在水系锌离子电池中的应用Mo S纳米片由于具有可控的层间距,可通过锌离子插层实现锌离子存储,大的层间距有利于提高锌离子储存能力,是一种理想的锌离子电池正极材料。研究者通过低温水热方法制备了三维结构的Mo S纳米片阵列Mo S-180,并用作锌离子电池(ZIBs)正极材料,研究了其在水系、非水系电解液中的电化学行为。物相结构分析表明,低温下合成的Mo S具有0.96 nm的层间距,比高温合成的Mo S的层间距大50%,且结晶度较低;除了低的结晶度,高含量的(13.2%)的结晶水也是导致层间距变大的重要原因。Mo S-180作为正极材料,在室温下显示了优异的电化学行为,在水系电解液中比容量为220 m A g,远大于非水系电解液(40 m A g),且具有更好的倍率性能与循环稳定性。此外,通过电化学交流阻抗谱实验来计算的锌离子在不同电解液以及不同正极材料中的界面活化能研究了Mo S-180电极的储锌机理;从热力学方面阐释了Mo S-180中的结晶水对水合锌离子的界面脱溶能、插层动力学速率的影响。

关键词：二硫化钼结构设计光/电催化水系锌离子电池

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二硫化钼/碳中空微球的制备及其电化学性能

硅酸盐学报 2017年第11期45卷 1665-1672页

作者：尹朋岸王子晨杨辉郭兴忠浙江大学材料科学与工程学院杭州310027

采用溶胶–凝胶法制备粒径均一的SiO_2微球,并以其作为牺牲模板,通过十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)的连接作用在SiO_2微球表面生长MoS_2和碳(C),借助碱液刻蚀去除二氧化硅微球模板制备了二硫化钼/碳中空微球材料,对产物进行了表征,并将产... 详细信息

采用溶胶–凝胶法制备粒径均一的SiO_2微球,并以其作为牺牲模板,通过十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)的连接作用在SiO_2微球表面生长MoS_2和碳(C),借助碱液刻蚀去除二氧化硅微球模板制备了二硫化钼/碳中空微球材料,对产物进行了表征,并将产物制备成电极材料进行恒流充放电、倍率性能、循环伏安、交流阻抗测试。结果表明:所制备的MoS_2/C中空微球尺寸为200~300 nm,其表面包裹着花瓣状的MoS_2片层和无定形态的碳;作为锂电池负极材料,在100 m A/g电流密度下,首次充放电容量超过1 400 m A·h/g,60次循环后,电容量仍可以保持在460 m A·h/g左右。

关键词：二硫化钼碳中空微球锂离子电池