本發(fā)明涉及無(wú)機(jī)納米材料，尤其涉及一種mose2@mo2c雜化材料、其制備方法及其應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、隨著現(xiàn)代社會(huì)對(duì)便攜式電子設(shè)備和清潔能源的需求不斷增長(zhǎng)，高性能電化學(xué)儲(chǔ)能材料的研發(fā)面臨著巨大挑戰(zhàn)和廣闊前景。過(guò)渡金屬硫族化合物(如mose2)憑借高比容量而備受關(guān)注，但其在充放電過(guò)程中的體積膨脹導(dǎo)致了較差的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能，同時(shí)其比表面積大，帶來(lái)的再堆積強(qiáng)度大的問(wèn)題，也會(huì)導(dǎo)致電極材料在長(zhǎng)期循環(huán)過(guò)程中容量衰減嚴(yán)重，限制了其實(shí)際應(yīng)用；另一方面，過(guò)渡金屬碳化物mxene(如mo2c)雖然具有優(yōu)異的導(dǎo)電性和催化活性，但比容量相對(duì)較低。

2、為了突破單一材料的局限性，研究人員開(kāi)始探索不同材料的復(fù)合與協(xié)同。通過(guò)將mose2與mo2c復(fù)合，有望發(fā)揮兩者的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，實(shí)現(xiàn)高容量、高穩(wěn)定性和高倍率性能的統(tǒng)一。然而，簡(jiǎn)單的物理混合難以實(shí)現(xiàn)兩相的均勻復(fù)合和協(xié)同增效。因此，如何合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制備工藝構(gòu)建mose2與mo2c的理想復(fù)合結(jié)構(gòu)，成為了研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

3、目前，研究人員廣泛采用水熱法在mxene表面生成過(guò)渡金屬硒化物或硫化物，以制備雜化材料；具體是將mxene與硒源或硫源在高溫高壓的水熱條件下反應(yīng)，利用mxene表面富含的官能團(tuán)與硒源或硫源發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在mxene表面原位生成一層過(guò)渡金屬硒化物或硫化物，形成雜化結(jié)構(gòu)。

4、然而，這種傳統(tǒng)的水熱法仍然存在如下明顯的缺點(diǎn)和局限性：1）有毒氣體的生成：在水熱反應(yīng)過(guò)程中，硒源或硫源在高溫條件下可能會(huì)分解，生成有毒的硒化氫或硫化氫氣體，這些氣體不僅對(duì)環(huán)境和人體健康構(gòu)成威脅，而且還會(huì)腐蝕反應(yīng)設(shè)備，縮短設(shè)備使用壽命；因此，需要采取嚴(yán)格的防護(hù)措施和廢氣處理措施，增加了制備成本和操作風(fēng)險(xiǎn)；2）反應(yīng)條件苛刻：水熱法通常需要較長(zhǎng)的反應(yīng)時(shí)間(幾個(gè)小時(shí)到幾十個(gè)小時(shí))，這不僅增加了能源消耗，而且還可能導(dǎo)致mxene基底的過(guò)度氧化帶來(lái)結(jié)構(gòu)破壞，影響雜化結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和性能；3）規(guī)?；a(chǎn)困難：由于水熱反應(yīng)需要密閉的高壓反應(yīng)釜，反應(yīng)規(guī)模受到限制，難以實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)，而且，高溫高壓條件下的操作風(fēng)險(xiǎn)較大，對(duì)設(shè)備和操作人員的要求較高，進(jìn)一步限制了其工業(yè)化應(yīng)用前景；4）后處理復(fù)雜：水熱反應(yīng)結(jié)束后，產(chǎn)物需要經(jīng)過(guò)洗滌、離心、干燥等多個(gè)后處理步驟才能得到最終產(chǎn)品，這不僅增加了制備時(shí)間和成本，而且還可能引入雜質(zhì)或造成產(chǎn)品損失。

5、綜上所述，雖然水熱法可以在mxene表面生成過(guò)渡金屬硒化物或硫化物雜化結(jié)構(gòu)，但其存在有毒氣體生成、反應(yīng)條件苛刻、規(guī)模化生產(chǎn)困難、后處理復(fù)雜等諸多缺點(diǎn)，限制了其實(shí)際應(yīng)用和推廣。因此，亟需開(kāi)發(fā)更加綠色、安全、高效、可控的制備方法，以突破傳統(tǒng)水熱法的局限性，實(shí)現(xiàn)mxene基雜化結(jié)構(gòu)材料的可持續(xù)發(fā)展。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種mose2@mo2c雜化材料的制備方法，本申請(qǐng)?zhí)峁┑闹苽浞椒ú僮骱?jiǎn)便、安全高效，且可以顯著改善鋰離子電池負(fù)極材料的電化學(xué)性能。

2、有鑒于此，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环Nmose2@mo2c雜化材料的制備方法，包括以下步驟：

3、s1）將少層mo2c和硒粉混合，得到混合物；

4、s2）將所述混合物在保護(hù)氣氛下退火，得到mose2@mo2c雜化材料。

5、優(yōu)選的，所述少層mo2c和硒粉的質(zhì)量比為1:0.5~1:4。

6、優(yōu)選的，所述退火的溫度為300~600℃，所述退火的升溫速率為5~10℃/min，保溫時(shí)間為1~3h。

7、優(yōu)選的，所述少層mo2c的制備方法具體為：

8、將mo2c?mxene粉末和四甲基氫氧化銨水溶液混合，離心后得到黑色粉末；

9、將所述黑色粉末與水混合，超聲后離心，得到的黑色上清液冷凍后干燥，得到少層mo2c。

10、本申請(qǐng)還提供了一種負(fù)極材料，包括集流體和形成在集流體表面的活性材料，所述活性材料包括mose2@mo2c雜化材料，所述mose2@mo2c雜化材料為所述的制備方法所制備的mose2@mo2c雜化材料。

11、優(yōu)選的，所述活性材料中還包括導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑，所述導(dǎo)電劑包括導(dǎo)電炭黑、科琴黑和碳納米管中的一種或多種，所述粘結(jié)劑包括pvdf、ptfe和pan中的一種或多種。

12、優(yōu)選的，所述mose2@mo2c雜化材料、所述導(dǎo)電劑和所述粘結(jié)劑的質(zhì)量比為（5~8）：（1~4）：1。

13、優(yōu)選的，所述負(fù)極材料的制備方法包括以下步驟：

14、將mose2@mo2c雜化材料、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑和有機(jī)溶劑混合，得到漿料；

15、將所述漿料制備在集流體表面，真空烘干后得到負(fù)極材料。

16、優(yōu)選的，所述集流體為銅箔。

17、本申請(qǐng)還提供了一種二次電池，包括正極、負(fù)極和電解質(zhì)，所述負(fù)極為所述的負(fù)極材料。

18、本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环Nmose2@mo2c雜化材料的制備方法，其首先將少層mo2c和硒粉混合，得到混合物，再將混合物在保護(hù)氣氛下退火，即得到mose2@mo2c雜化材料；在mose2@mo2c雜化材料的制備過(guò)程中，只需將少層mo2c和硒粉混合，再退火，即可得到mose2@mo2c雜化材料，上述制備方法具有操作簡(jiǎn)便、成本低廉、產(chǎn)物純度高的優(yōu)點(diǎn)。

19、進(jìn)一步的，本申請(qǐng)制備的mose2@mo2c雜化材料保持了少層mo2c的納米片層結(jié)構(gòu)，使得雜化材料擁有更多的活性位點(diǎn)，更短的離子傳輸路徑和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，因此，mose2@mo2c雜化材料作為鋰離子電池的負(fù)極材料表現(xiàn)出了優(yōu)異的倍率性能和循環(huán)性能。

技術(shù)特征：

1.一種mose2@mo2c雜化材料的制備方法，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述少層mo2c和硒粉的質(zhì)量比為1:0.5~1:4。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述退火的溫度為300~600℃，所述退火的升溫速率為5~10℃/min，保溫時(shí)間為1~3h。

4.根據(jù)權(quán)利要求1~3任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于，所述少層mo2c的制備方法具體為：

5.一種負(fù)極材料，包括集流體和形成在集流體表面的活性材料，所述活性材料包括mose2@mo2c雜化材料，所述mose2@mo2c雜化材料為權(quán)利要求1~4任一項(xiàng)所述的制備方法所制備的mose2@mo2c雜化材料。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的負(fù)極材料，其特征在于，所述活性材料中還包括導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑，所述導(dǎo)電劑包括導(dǎo)電炭黑、科琴黑和碳納米管中的一種或多種，所述粘結(jié)劑包括pvdf、ptfe和pan中的一種或多種。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的負(fù)極材料，其特征在于，所述mose2@mo2c雜化材料、所述導(dǎo)電劑和所述粘結(jié)劑的質(zhì)量比為（5~8）：（1~4）：1。

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的負(fù)極材料，其特征在于，所述負(fù)極材料的制備方法包括以下步驟：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的負(fù)極材料，其特征在于，所述集流體為銅箔。

10.一種二次電池，包括正極、負(fù)極和電解質(zhì)，其特征在于，所述負(fù)極為權(quán)利要求5~9任一項(xiàng)所述的負(fù)極材料。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種MoSe<subgt;2</subgt;@Mo<subgt;2</subgt;C雜化材料的制備方法，包括以下步驟：S1）將少層Mo<subgt;2</subgt;C和硒粉混合，得到混合物；S2）將所述混合物在保護(hù)氣氛下退火，得到MoSe<subgt;2</subgt;@Mo<subgt;2</subgt;C雜化材料。本申請(qǐng)還提供了一種負(fù)極材料和一種二次電池。本發(fā)明制備的MoSe<subgt;2</subgt;@Mo<subgt;2</subgt;C雜化材料保持了少層Mo<subgt;2</subgt;C?MXene的納米片層結(jié)構(gòu)，使得雜化材料擁有更多的活性位點(diǎn)，更短的離子傳輸路徑和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性；不僅豐富了Mo<subgt;2</subgt;C?MXene雜化、復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)多樣性，還拓展了其在鋰離子電池中的應(yīng)用。

技術(shù)研發(fā)人員：宋禮,曹宇楊,魏世強(qiáng),陳雙明
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/21