微米尺寸二硫化钼层间化合物的电化学制备及其储镁性能
发布时间：2021-11-05 00:38
采用一种简便的电化学方法制备了有机阳离子（1-丁基-3-甲基咪唑阳离子,BMIM+）插层的微米尺寸MoS2层间化合物,并将其用作镁离子电池正极材料。所制备的MoS2层间化合物（MoS2-BMIM+）具有扩大的层间距（0.98 nm）,能有效降低Mg2+的嵌入/脱出势垒,为存储Mg2+提供了更多的活性位点,从而表现出显著提高的充电比容量和良好的倍率性能。MoS2-BMIM+在20 mA·g-1电流密度下的充电比容量可达101.93 mAh·g-1（约4倍于初始体相MoS2）。我们进一步证明了这一方法同样适用于插层1-丁基-1-甲基吡咯烷双阳离子(Pyr+14),所得化合物的层间距为1.04 nm。
【文章来源】：无机化学学报. 2020,36(08)北大核心SCICSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
MoS2?BMIM+的形成示意图
为了探究插层时间对体相MoS2结构产生的影响，我们测试了在恒定的-1.8 V(vs Ag wire)插层电位和不同插层时间下体相MoS2的XRD图，如图2所示。原始体相MoS2在衍射角14.45°出现强衍射峰对应于MoS2的(002)衍射峰，对应层间距为0.62 nm，在衍射角29.3°出现的衍射峰对应于MoS2的(004)衍射峰。插层2 h的体相MoS2在衍射角8.81°和17.64°出现了2个新的衍射峰，分别对应于阳离子插层后新的(002)*和(004)*衍射峰，对应层间距为0.98 nm，同时，14.45°和29.3°衍射峰依旧存在[32]。随着插层时间的增加，14.45°和29.3°衍射峰逐渐减弱，插层24 h后14.45°和29.3°衍射峰几乎完全消失。可以看出这是一种逐步插层反应，当插层时间较短时，只有部分体相MoS2被插层进入的阳离子打开了层间距，随着插层时间的增加，越来越多的阳离子插层进入体相MoS2层间，逐渐生成少层插层复合物，直至完全扩展其层间距。图3是体相MoS2电化学插层前后的SEM图。如图3(a,b)所示，原始体相MoS2由较薄的片状体相MoS2和球状颗粒的导电剂等成分均匀分布，其中原始微米尺寸的体相MoS2颗粒示于图S2(Supporting information)中。图3(c,d)为在-1.8 V(vs Ag wire)插层电位下电化学插层24 h后的MoS2?BMIM+的SEM图，其中微米尺寸的片状MoS2出现明显膨胀。另外，体相MoS2的膨胀填充了接触导电剂的孔隙，没有导致电极整体厚度明显增加。
图3是体相MoS2电化学插层前后的SEM图。如图3(a,b)所示，原始体相MoS2由较薄的片状体相MoS2和球状颗粒的导电剂等成分均匀分布，其中原始微米尺寸的体相MoS2颗粒示于图S2(Supporting information)中。图3(c,d)为在-1.8 V(vs Ag wire)插层电位下电化学插层24 h后的MoS2?BMIM+的SEM图，其中微米尺寸的片状MoS2出现明显膨胀。另外，体相MoS2的膨胀填充了接触导电剂的孔隙，没有导致电极整体厚度明显增加。使用XPS对MoS2?BMIM+(-1.8 V&5 h)的表面组成和晶相做进一步表征。图4a的高分辨Mo3d图谱表明MoS2和MoS2?BMIM+均存在位于229.9和233.1 eV处的峰，分别对应于2H相MoS2的Mo3d5/2和Mo3d3/2。由图4b可知，MoS2和MoS2?BMIM+中存在2个峰，分别位于163.4和162.4 eV处，对应于2H相MoS2的S2p3/2和S2p1/2[33]。这表明插层BMIM+没有引起体相MoS2的晶相变化；另外，根据N1s高分辨XPS图谱还估算出MoS2?BMIM+(-1.8 V&5 h)的化学式大致为MoS2?(BMIM+)0.105，如图S3所示。图4c中的Raman图谱再次验证了MoS2?BMIM+(-1.8 V&5 h)的晶型变化。MoS2?BMIM+存在2个Raman振动特征峰，分别位于383和408 cm-1，对应着2H相MoS2的E12g振动(S?Mo的面内相反振动)和A1g振动(S?Mo?S原子层中，两边S原子的相反振动)[34]，没有出现1T相MoS2对应的特征振动。这证明插层离子液体阳离子伴随的电子转移没有引起MoS2结构相变，保持其晶型稳定。与文献报道一致，大尺寸的插层离子限制插层进入主晶格离子的数量，从而限制转移的电子数[35]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]高电化学活性SnO2/TiO2空心微球的制备及其性能[J]. 姜聚慧,李培培,刘胜男,娄向东,樊静,王晓兵. 无机化学学报. 2019(12)
[2]水热法合成球花状二硫化钼及其电化学性能[J]. 李美娟,沈舒宜,罗国强,张联盟. 无机化学学报. 2017(09)
本文编号：3476721
【文章来源】：无机化学学报. 2020,36(08)北大核心SCICSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
MoS2?BMIM+的形成示意图
为了探究插层时间对体相MoS2结构产生的影响，我们测试了在恒定的-1.8 V(vs Ag wire)插层电位和不同插层时间下体相MoS2的XRD图，如图2所示。原始体相MoS2在衍射角14.45°出现强衍射峰对应于MoS2的(002)衍射峰，对应层间距为0.62 nm，在衍射角29.3°出现的衍射峰对应于MoS2的(004)衍射峰。插层2 h的体相MoS2在衍射角8.81°和17.64°出现了2个新的衍射峰，分别对应于阳离子插层后新的(002)*和(004)*衍射峰，对应层间距为0.98 nm，同时，14.45°和29.3°衍射峰依旧存在[32]。随着插层时间的增加，14.45°和29.3°衍射峰逐渐减弱，插层24 h后14.45°和29.3°衍射峰几乎完全消失。可以看出这是一种逐步插层反应，当插层时间较短时，只有部分体相MoS2被插层进入的阳离子打开了层间距，随着插层时间的增加，越来越多的阳离子插层进入体相MoS2层间，逐渐生成少层插层复合物，直至完全扩展其层间距。图3是体相MoS2电化学插层前后的SEM图。如图3(a,b)所示，原始体相MoS2由较薄的片状体相MoS2和球状颗粒的导电剂等成分均匀分布，其中原始微米尺寸的体相MoS2颗粒示于图S2(Supporting information)中。图3(c,d)为在-1.8 V(vs Ag wire)插层电位下电化学插层24 h后的MoS2?BMIM+的SEM图，其中微米尺寸的片状MoS2出现明显膨胀。另外，体相MoS2的膨胀填充了接触导电剂的孔隙，没有导致电极整体厚度明显增加。
图3是体相MoS2电化学插层前后的SEM图。如图3(a,b)所示，原始体相MoS2由较薄的片状体相MoS2和球状颗粒的导电剂等成分均匀分布，其中原始微米尺寸的体相MoS2颗粒示于图S2(Supporting information)中。图3(c,d)为在-1.8 V(vs Ag wire)插层电位下电化学插层24 h后的MoS2?BMIM+的SEM图，其中微米尺寸的片状MoS2出现明显膨胀。另外，体相MoS2的膨胀填充了接触导电剂的孔隙，没有导致电极整体厚度明显增加。使用XPS对MoS2?BMIM+(-1.8 V&5 h)的表面组成和晶相做进一步表征。图4a的高分辨Mo3d图谱表明MoS2和MoS2?BMIM+均存在位于229.9和233.1 eV处的峰，分别对应于2H相MoS2的Mo3d5/2和Mo3d3/2。由图4b可知，MoS2和MoS2?BMIM+中存在2个峰，分别位于163.4和162.4 eV处，对应于2H相MoS2的S2p3/2和S2p1/2[33]。这表明插层BMIM+没有引起体相MoS2的晶相变化；另外，根据N1s高分辨XPS图谱还估算出MoS2?BMIM+(-1.8 V&5 h)的化学式大致为MoS2?(BMIM+)0.105，如图S3所示。图4c中的Raman图谱再次验证了MoS2?BMIM+(-1.8 V&5 h)的晶型变化。MoS2?BMIM+存在2个Raman振动特征峰，分别位于383和408 cm-1，对应着2H相MoS2的E12g振动(S?Mo的面内相反振动)和A1g振动(S?Mo?S原子层中，两边S原子的相反振动)[34]，没有出现1T相MoS2对应的特征振动。这证明插层离子液体阳离子伴随的电子转移没有引起MoS2结构相变，保持其晶型稳定。与文献报道一致，大尺寸的插层离子限制插层进入主晶格离子的数量，从而限制转移的电子数[35]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]高电化学活性SnO2/TiO2空心微球的制备及其性能[J]. 姜聚慧,李培培,刘胜男,娄向东,樊静,王晓兵. 无机化学学报. 2019(12)
[2]水热法合成球花状二硫化钼及其电化学性能[J]. 李美娟,沈舒宜,罗国强,张联盟. 无机化学学报. 2017(09)
本文编号：3476721
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianlilw/3476721.html
