一种ReS2二维超晶格结构的制备方法及其应用

本发明属于电化学储能领域，具体涉及一种res2二维超晶格结构的制备方法及其在钾离子电池或钠离子电池中的应用。

背景技术：

1、锂离子电池被广泛研究并且应用到大大小小的电子产品中，现如今对锂资源的需求急剧增长，这将直接导致了锂资源匮乏的问题。地壳中钾与钠资源的丰富度是锂的1000倍左右，钾离子与钠离子有许多和锂离子相似的物理和化学性质，钾离子电池与钠离子电池运作的原理也与锂离子电池类似，基于这些优点和相似之处，钾离子电池与钠离子电池是锂离子电池的理想替代者。然而，钾离子与钠离子(和)的离子半径远大于锂离子这使得在使用传统锂离子电池的负极时，大尺寸的离子嵌入/脱出导致负极材料结构的破坏、扩散动力学缓慢、低的结构稳定性等问题。所以，如何开发出稳定、适应性强的结构以确保电池的长期循环稳定性和高可逆比容量就尤为关键。

2、过渡金属二硫族化合物(tmds)有着独特的物理和化学特性被认为是最有潜力的碱离子电池负极材料之一。其中，二硫化铼(res2)纳米片有较大的层间距(0.61nm)和较高的理论比容量(428mah g-1)，在钠离子电池中被广泛研究，但是在较高的电流密度下的循环稳定性和在钾离子电池中的应用鲜有报导。针对res2纳米片层状材料的低的本征电导率和充放电过程中体积变化导致结构坍塌等问题，对res2纳米片结构进行修饰是常见且有效的策略。层状二维材料相邻层之间的范德华间隙可以插入离子、原子、分子和聚合物，且不会破坏层内的共价键。通过调节插入客体材料和宿主材料的结构、组成和尺寸，可以制备出一系列层状插入材料，与原始材料相比，它们具有高度可调的化学和物理特性。由于res2的二维层状特性，合成稳定的层空间宽化、内部电导率增强和具有二维限域空间的res2先进复合材料用于钾离子或钠离子快速脱嵌具有重要的研究价值和实际应用意义。

技术实现思路

1、本发明为解决高性能超稳定的钾离子电池或钠离子电池负极生产中的成本高、长周期、难以批量生产等问题，提供一种成本低廉、制备工艺简单、适用于量化生产的res2二维超晶格结构，以及其在钾离子电池或钠离子电池中的应用。本发明的材料具有杰出的电化学存储性能。

2、为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

3、一种res2二维超晶格结构的制备方法，包括如下步骤：

4、步骤1、称取2-6mmol ch4n2s或c2h5ns加入到3-10ml的去离子水中，搅拌1-20分钟，得到溶液a；

5、步骤2、取20-400mg碳基材料加入到15-30ml的去离子水中超声0.1-5小时，再搅拌0.1-2小时，继续加入0.5-1.5mmol的nh4reo4和2-6mmol的nh3ohcl搅拌1-40分钟，得到溶液b；

6、步骤3、向所述溶液b中依次加入1-6ml的氨基化合物和0.5-8g的还原类糖，搅拌1-20分钟，得到溶液c；

7、步骤4、将所述溶液c迅速转移至溶液a中，密封搅拌10-40分钟，获得混合溶液；将所述混合溶液转移到反应釜中并在160-220℃下反应12-24小时，得初始产物；

8、步骤5、将所述初始产物离心清洗后置于真空干燥箱干燥，获得中间产物；

9、步骤6、将所述中间产物置于管式炉中，然后在真空环境下升温至500-900℃，保温1-3小时，最后冷却至室温，即获得目标产物res2二维超晶格结构，即在碳基材料上生长的单层碳插层的res2纳米片。

10、作为优选，所述的碳基材料为还原氧化石墨烯(rgo)、碳纳米管(cnt)、碳布(cc)、碳纳米线(cnw)和碳球(hcs)中的一种。

11、作为优选，所述的氨基化合物为乙二胺。

12、作为优选，所述的还原类糖为葡萄糖。

13、作为优选，步骤5中所述清洗是依次用去离子水和无水乙醇清洗。

14、本发明所制备的res2二维超晶格结构可以用于钾离子电池或钠离子电池中作为负极材料。

15、与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：

16、1.本发明提供了一种res2二维超晶格结构的制备方法，所得产物结构独特、形貌规则、成分均一、无杂质相，电化学特性优异。

17、2.本发明制备的一种res2二维超晶格结构，在相邻的两个res2单分子纳米层之间插入单层碳，其具有多重效应：不仅可以增宽res2的层间间距，便于快速的钾离子或钠离子插入/脱出；而且还可以改善res2的表面和内部的电子传导性，以充分加速电子的传输；另外，res2被限域在两个单层碳之间，提高固-固反应活性。如此独特的纳米结构也可以和碳基材料组成导电网络，形成一个坚固的框架，具有出色的纳米结构稳定性。

18、3.本发明制备的res2超晶格结构在高电流密度下表现出卓越的倍率性能和优异的长期循环寿命，具备优异的钾或钠存储性能。

19、4.本发明探究出一种经济简便的通过层间调节和纳米级工程对层状结构的res2进行组合调制，以获得高性能可充电电池的先进电极，为钾离子电池与钠离子电池的先进负极材料的实际应用提供一种有效的合成方案。

20、5.本发明的制备工艺简单、制备成本低廉，易于宏量合成与推广。

技术特征：

1.一种res2二维超晶格结构的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述的碳基材料为还原氧化石墨烯、碳纳米管、碳布、碳纳米线和碳球中的一种。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述的氨基化合物为乙二胺。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述的还原类糖为葡萄糖。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤5中所述清洗是依次用去离子水和无水乙醇清洗。

6.一种权利要求1～5中任意一项所述制备方法所制得的res2二维超晶格结构。

7.一种权利要求6所述res2二维超晶格结构在钾离子电池或钠离子电池中作为负极材料的应用。

技术总结本发明提供了一种ReS2二维超晶格结构的制备方法及其应用，在相邻的两个ReS2单分子纳米层之间插入单层碳，其具有多重效应：不仅可以增宽ReS2的层间间距，便于碱金属离子快速的插入/脱出；还可以改善ReS2的表面和内部的电子传导性，以充分加速电子的传输；另外，ReS2被限域在两个单层碳结构之间，提高充放电过程中的固‑固反应活性。如此独特的纳米结构也可以和碳基材料组成导电网络，形成一个坚固的框架，具有出色的纳米结构稳定性。本发明所得产物结构独特、形貌规则、成分均一、无杂质相，且电化学特性优异。技术研发人员：许俊,杨孝远,黄浩洋,夏艳婷,方金茂受保护的技术使用者：合肥工业大学技术研发日：技术公布日：2024/11/14