CTAB辅助水热合成球状纳米花MoS2/C复合材料及其电化学性能研究

doi:10.15541/jim20160042

无机材料学报 ›› 2016, Vol. 31 ›› Issue (12): 1289-1294.DOI: 10.15541/jim20160042

CTAB辅助水热合成球状纳米花MoS₂/C复合材料及其电化学性能研究

蔡亚菱, 李亚飞, 王增梅, 张耀, 陈坚, 郭新立

(东南大学材料科学与工程学院, 江苏省土木工程材料重点实验室; 南京211189)

收稿日期:2016-01-25 修回日期:2016-04-23 出版日期:2016-12-16 网络出版日期:2016-11-23
作者简介:蔡亚菱(1989–), 女, 硕士研究生．E-mail: 846120818@qq.com
基金资助:
国家自然科学基金(51002029) National Natural Science Foundation of China (51002029)

CTAB-assisted Synthesis of MoS₂/C Nano-flowers with Improved Electrochemical Performances for Lithium Ion Batteries

CAI Ya-Ling, LI Ya-Fei, WANG Zeng-Mei, ZHANG Yao, CHEN Jian, GUO Xin-Li

(Jiangsu Key Laboratory of Construction Materials, Southeast University; Nanjing 211189, China)

Received:2016-01-25 Revised:2016-04-23 Published:2016-12-16 Online:2016-11-23
About author:CAI Ya-Ling. E-mail: 846120818@qq.com

摘要/Abstract

摘要：

以钼酸钠(Na₂MoO₄·2H₂O)、硫脲(NH₂CSNH₂)、CTAB为原料, 利用水热法合成了MoS₂/C球状纳米花复合材料。通过XRD、SEM、TEM、TG等分析测试方法, 研究了不同CTAB添加量对MoS₂/C复合材料的微观结构、表面形貌的影响规律, 结果显示, 有部分无定形碳嵌入了MoS₂层间, 并抑制了MoS₂(002)面的堆积。电化学测试表明: 与纯MoS₂相比, MoS₂/C复合材料具有更好的电化学性能, 当加入0.025 g CTAB时首次放电比容量达到730 mAh/g, 在100 mA/g的电流密度下经过100次循环比容量稳定在415 mAh/g。在此基础上讨论了MoS₂/C球状纳米花复合材料的可能生长机理以及对材料电化学性能的影响规律。

关键词: MoS2/C复合材料, 锂离子电池, 负极材料

Abstract:

MoS₂/C composites were prepared by a simple CTAB assistant thermal reduction method using sodium molybdate, thiourea and CTAB as starting materials. The samples were characterized by XRD, SEM, TEM, and TG. It is confirmed that the amorphous carbon is partially inserted into the interlayer spaces of molybdenum disulfide and inhibits the accumulation of (002) plane. Meanwhile, the electrochemical properties were studied in detail. As a consequence, the MoS₂/C composites have better electrochemical performance than pure MoS₂. The composite synthesized by adding 0.025 g CTAB shows the best electrochemical performance. The initial discharge capacity was 730 mAh/g and a stable capacity above 415 mAh/g was retained for 100 cycles tested at 100 mA/g. At last, the possible growth mechanism of the MoS₂/a-C composites and the influence of different micro-morphology are also calculated.

Key words: MoS2/C composites, lithium ion batteries, anode materials

中图分类号:

TQ174

蔡亚菱, 李亚飞, 王增梅, 张耀, 陈坚, 郭新立. CTAB辅助水热合成球状纳米花MoS₂/C复合材料及其电化学性能研究[J]. 无机材料学报, 2016, 31(12): 1289-1294.

CAI Ya-Ling, LI Ya-Fei, WANG Zeng-Mei, ZHANG Yao, CHEN Jian, GUO Xin-Li. CTAB-assisted Synthesis of MoS₂/C Nano-flowers with Improved Electrochemical Performances for Lithium Ion Batteries[J]. Journal of Inorganic Materials, 2016, 31(12): 1289-1294.

图/表 8

图1 不同样品的 XRD图谱

Fig. 1 XRD patterns of samples

图2 不同样品的热重曲线

Fig. 2 TGA curves of samples

表1 样品中MoS2和C含量

Table 1 MoS2 and carbon content of samples

Sample	MoO₃/%	MoS₂/%	C/%
MoS₂/C-NF-0.025	78.9	87.6	12.4
MoS₂/C-NF-0.05	77.4	85.9	14.1
MoS₂/C-NF-0.1	74.8	83.0	17.0
MoS₂/C-NF-0.2	71.4	79.2	20.8
MoS₂/C-NF-0.3	68.8	76.3	23.7

图3 不同样品的SEM照片

Fig. 3 SEM images of samples^(a) MoS2/C-NF-0.025; (b) MoS2/C-NF-0.05; (c) MoS2/C-NF-0.1; (d) MoS2/C-NF-0.2; (e) MoS2/C-NF-0.3; (f) MoS2

图4 不同样品的TEM照片

Fig. 4 TEM images of samples^(a) MoS2/C-NF-0.025; (b) MoS2/C-NF-0.05; (c) MoS2/C-NF-0.1; (d) MoS2/C-NF-0.2; (e) MoS2/C-NF-0.3; (f) MoS2

图5 MoS2/C球状纳米花的生长机理图

Fig. 5 Schematic illustration of the growth mechanisms of MoS2/C sample

图6 样品前3次的充放电曲线

Fig. 6 The initial three charge/discharge potential profiles of samples^(a) MoS2/C-NF-0.025; (b) MoS2/C-NF-0.05; (c) MoS2/C-NF-0.1; (d) MoS2/C-NF-0.2; (e) MoS2/C-NF-0.3

图7 样品的循环特性曲线

Fig. 7 Cyclic performance of samples

参考文献 14

[1]	TARASCON J M, ARMAND M.Issues and challenges facing rechargeable lithium batteries.Nature, 2001, 414(6861): 359-367.
[2]	GOODENOUGH J B, KIM Y.Challenges for rechargeable Li batteries.Chemistry of Materials, 2009, 22(3): 587-603.
	RAPOPORT L, FLEISCHER N, TENNE R.Applications of WS2 (MoS2) inorganic nanotubes and fullerene-like nanoparticles for solid lubrication and for structural nanocomposites.Journal of Materials Chemistry, 2005, 15(18): 1782-1788.
[3]	STEPHENSON T, LI Z, OLSEN B,et al. Lithium ion battery applications of molybdenum disulfide (MoS2) nanocomposites. Energy & Environmental Science, 2014, 7(1): 209-231.
[4]	SEN U K, MITRA S.High-Rate and high-energy-density lithium-ion battery anode containing 2D MoS2 nanowall and cellulose binder.ACS Applied Materials & Interfaces, 2013, 5(4): 1240-1247.
[5]	LYNDEN A.Self-assembled MoS2-carbon nanostructures: influence of nanostructuring and carbon on lithium battery performance.Journal of Materials Chemistry, 2012, 22(26): 12988-12992.
[6]	WANG Q, LI J.Facilitated lithium storage in MoS2 overlayers supported on coaxial carbon nanotubes.The Journal of Physical Chemistry C, 2007, 111(4): 1675-1682.
[7]	ZHANG C, WANG Z, GUO Z,et al. Synthesis of MoS2-C one-dimensional nanostructures with improved lithium storage properties. ACS applied materials & interfaces, 2012, 4(7): 3765-3768.
[8]	CHANG K, CHEN W, MA L,et al.Graphene-like MoS2/amorphous carbon composites with high capacity and excellent stability as anode materials for lithium ion batteries. Journal of Materials Chemistry, 2011, 21(17): 6251-6257.
[9]	LIANG K S, CHIANELLI R R, CHIEN F Z,et al. Structure of poorly crystalline MoS2-A modeling study. Journal of Non-crystalline Solids, 1986, 79(3): 251-273.
[10]	王臻. 类石墨烯MoS2/石墨烯复合纳米材料的合成及其电化学储锂性能的研究. 杭州: 浙江大学硕士学位论文, 2013.
[11]	PARK S K, YU S H, WOO S, et al. A simple l-cysteine-assisted method for the growth of MoS2 nanosheets on carbon nanotubes for high-performance lithium ion batteries. Dalton Transactions, 2013, 42(7): 2399-2405.
[12]	WANG Z, MA L, CHEN W, et al. Facile synthesis of MoS2/ graphene composites: effects of different cationic surfactants on microstructures and electrochemical properties of reversible lithium storage. RSC Advances, 2013, 3(44): 21675-21684.
[13]	SUN X, LI Y.Colloidal carbon spheres and their core/shell structures with noble-metal nanoparticles.Angewandte Chemie International Edition, 2004, 43(5): 597-601.
[14]	TIAN Y, HE Y, SHANG J,et al. Hydrothermal synthesis and characterization of laminar MoS2. Acta Chimica Sinica, 2004, 62(18): 1807-1810.

[1]	杨卓, 卢勇, 赵庆, 陈军. X射线衍射Rietveld精修及其在锂离子电池正极材料中的应用[J]. 无机材料学报, 2023, 38(6): 589-605.
[2]	宿拿拿, 韩静茹, 郭印毫, 王晨宇, 石文华, 吴亮, 胡执一, 刘婧, 李昱, 苏宝连. 基于ZIF-8的三维网络硅碳复合材料锂离子电池性能研究[J]. 无机材料学报, 2022, 37(9): 1016-1022.
[3]	王洋, 范广新, 刘培, 尹金佩, 刘宝忠, 朱林剑, 罗成果. 钾离子掺杂提高锂离子电池正极锰酸锂性能的微观机制[J]. 无机材料学报, 2022, 37(9): 1023-1029.
[4]	朱河圳, 王选朋, 韩康, 杨晨, 万睿哲, 吴黎明, 麦立强. 超高镍LiNi_0.91Co_0.06Al_0.03O₂@Ca₃(PO₄)₂正极材料的储锂稳定性的提升机制[J]. 无机材料学报, 2022, 37(9): 1030-1036.
[5]	冯锟, 朱勇, 张凯强, 陈长, 刘宇, 高彦峰. 勃姆石纳米片增强锂离子电池隔膜性能研究[J]. 无机材料学报, 2022, 37(9): 1009-1015.
[6]	陈莹, 栾伟玲, 陈浩峰, 朱轩辰. 基于应力场的锂离子电池正极多尺度失效研究[J]. 无机材料学报, 2022, 37(8): 918-924.
[7]	苏东良, 崔锦, 翟朋博, 郭向欣. 石榴石型Li_6.4La₃Zr_1.4Ta_0.6O₁₂对Si/C负极表面固体电解质中间相的调控机制研究[J]. 无机材料学报, 2022, 37(7): 802-808.
[8]	江依义, 沈旻, 宋半夏, 李南, 丁祥欢, 郭乐毅, 马国强. 双功能电解液添加剂对锂离子电池高温高电压性能的影响[J]. 无机材料学报, 2022, 37(7): 710-716.
[9]	肖美霞, 李苗苗, 宋二红, 宋海洋, 李钊, 毕佳颖. 表面端基卤化Ti₃C₂ MXene应用于锂离子电池高容量电极材料的研究[J]. 无机材料学报, 2022, 37(6): 660-668.
[10]	王禹桐, 张非凡, 许乃才, 王春霞, 崔立山, 黄国勇. 水系锂离子电池负极材料LiTi₂(PO₄)₃的研究进展[J]. 无机材料学报, 2022, 37(5): 481-492.
[11]	王晶, 徐守冬, 卢中华, 赵壮壮, 陈良, 张鼎, 郭春丽. 钠离子电池中空结构CoSe₂/C负极材料的制备及储钠性能研究[J]. 无机材料学报, 2022, 37(12): 1344-1350.
[12]	李昆儒, 胡省辉, 张正富, 郭玉忠, 黄瑞安. 源于溪木贼的高性能锂离子电池三维多孔生物质硅/碳复合负极材料[J]. 无机材料学报, 2021, 36(9): 929-935.
[13]	王影, 张文龙, 邢彦锋, 曹苏群, 戴新义, 李晶泽. 非晶态磷酸锂包覆钛酸锂电极在0.01~3.00 V电压范围的性能研究[J]. 无机材料学报, 2021, 36(9): 999-1005.
[14]	刘勇, 白海军, 赵奇志, 杨金戈, 李宇杰, 郑春满, 谢凯. LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂/石墨锂离子电池高荷电存储老化机理研究[J]. 无机材料学报, 2021, 36(2): 175-180.
[15]	湛菁,徐昌藩,龙怡宇,李启厚. 聚丙烯酰胺凝胶法制备Bi₂Mn₄O₁₀及其电化学性能[J]. 无机材料学报, 2020, 35(7): 827-833.

CTAB辅助水热合成球状纳米花MoS₂/C复合材料及其电化学性能研究

CTAB-assisted Synthesis of MoS₂/C Nano-flowers with Improved Electrochemical Performances for Lithium Ion Batteries

RichHTML

PDF (PC)

可视化

被引次数

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 8

参考文献 14

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价