微米尺寸二硫化鉬層間化合物的電化學制備及其儲鎂性能
發(fā)布時間:2021-11-05 00:38
采用一種簡便的電化學方法制備了有機陽離子(1-丁基-3-甲基咪唑陽離子,BMIM+)插層的微米尺寸MoS2層間化合物,并將其用作鎂離子電池正極材料。所制備的MoS2層間化合物(MoS2-BMIM+)具有擴大的層間距(0.98 nm),能有效降低Mg2+的嵌入/脫出勢壘,為存儲Mg2+提供了更多的活性位點,從而表現出顯著提高的充電比容量和良好的倍率性能。MoS2-BMIM+在20 mA·g-1電流密度下的充電比容量可達101.93 mAh·g-1(約4倍于初始體相MoS2)。我們進一步證明了這一方法同樣適用于插層1-丁基-1-甲基吡咯烷雙陽離子(Pyr+14),所得化合物的層間距為1.04 nm。
【文章來源】:無機化學學報. 2020,36(08)北大核心SCICSCD
【文章頁數】:7 頁
【部分圖文】:
MoS2?BMIM+的形成示意圖
為了探究插層時間對體相MoS2結構產生的影響,我們測試了在恒定的-1.8 V(vs Ag wire)插層電位和不同插層時間下體相MoS2的XRD圖,如圖2所示。原始體相MoS2在衍射角14.45°出現強衍射峰對應于MoS2的(002)衍射峰,對應層間距為0.62 nm,在衍射角29.3°出現的衍射峰對應于MoS2的(004)衍射峰。插層2 h的體相MoS2在衍射角8.81°和17.64°出現了2個新的衍射峰,分別對應于陽離子插層后新的(002)*和(004)*衍射峰,對應層間距為0.98 nm,同時,14.45°和29.3°衍射峰依舊存在[32]。隨著插層時間的增加,14.45°和29.3°衍射峰逐漸減弱,插層24 h后14.45°和29.3°衍射峰幾乎完全消失?梢钥闯鲞@是一種逐步插層反應,當插層時間較短時,只有部分體相MoS2被插層進入的陽離子打開了層間距,隨著插層時間的增加,越來越多的陽離子插層進入體相MoS2層間,逐漸生成少層插層復合物,直至完全擴展其層間距。圖3是體相MoS2電化學插層前后的SEM圖。如圖3(a,b)所示,原始體相MoS2由較薄的片狀體相MoS2和球狀顆粒的導電劑等成分均勻分布,其中原始微米尺寸的體相MoS2顆粒示于圖S2(Supporting information)中。圖3(c,d)為在-1.8 V(vs Ag wire)插層電位下電化學插層24 h后的MoS2?BMIM+的SEM圖,其中微米尺寸的片狀MoS2出現明顯膨脹。另外,體相MoS2的膨脹填充了接觸導電劑的孔隙,沒有導致電極整體厚度明顯增加。
圖3是體相MoS2電化學插層前后的SEM圖。如圖3(a,b)所示,原始體相MoS2由較薄的片狀體相MoS2和球狀顆粒的導電劑等成分均勻分布,其中原始微米尺寸的體相MoS2顆粒示于圖S2(Supporting information)中。圖3(c,d)為在-1.8 V(vs Ag wire)插層電位下電化學插層24 h后的MoS2?BMIM+的SEM圖,其中微米尺寸的片狀MoS2出現明顯膨脹。另外,體相MoS2的膨脹填充了接觸導電劑的孔隙,沒有導致電極整體厚度明顯增加。使用XPS對MoS2?BMIM+(-1.8 V&5 h)的表面組成和晶相做進一步表征。圖4a的高分辨Mo3d圖譜表明MoS2和MoS2?BMIM+均存在位于229.9和233.1 eV處的峰,分別對應于2H相MoS2的Mo3d5/2和Mo3d3/2。由圖4b可知,MoS2和MoS2?BMIM+中存在2個峰,分別位于163.4和162.4 eV處,對應于2H相MoS2的S2p3/2和S2p1/2[33]。這表明插層BMIM+沒有引起體相MoS2的晶相變化;另外,根據N1s高分辨XPS圖譜還估算出MoS2?BMIM+(-1.8 V&5 h)的化學式大致為MoS2?(BMIM+)0.105,如圖S3所示。圖4c中的Raman圖譜再次驗證了MoS2?BMIM+(-1.8 V&5 h)的晶型變化。MoS2?BMIM+存在2個Raman振動特征峰,分別位于383和408 cm-1,對應著2H相MoS2的E12g振動(S?Mo的面內相反振動)和A1g振動(S?Mo?S原子層中,兩邊S原子的相反振動)[34],沒有出現1T相MoS2對應的特征振動。這證明插層離子液體陽離子伴隨的電子轉移沒有引起MoS2結構相變,保持其晶型穩(wěn)定。與文獻報道一致,大尺寸的插層離子限制插層進入主晶格離子的數量,從而限制轉移的電子數[35]。
【參考文獻】:
期刊論文
[1]高電化學活性SnO2/TiO2空心微球的制備及其性能[J]. 姜聚慧,李培培,劉勝男,婁向東,樊靜,王曉兵. 無機化學學報. 2019(12)
[2]水熱法合成球花狀二硫化鉬及其電化學性能[J]. 李美娟,沈舒宜,羅國強,張聯盟. 無機化學學報. 2017(09)
本文編號:3476721
【文章來源】:無機化學學報. 2020,36(08)北大核心SCICSCD
【文章頁數】:7 頁
【部分圖文】:
MoS2?BMIM+的形成示意圖
為了探究插層時間對體相MoS2結構產生的影響,我們測試了在恒定的-1.8 V(vs Ag wire)插層電位和不同插層時間下體相MoS2的XRD圖,如圖2所示。原始體相MoS2在衍射角14.45°出現強衍射峰對應于MoS2的(002)衍射峰,對應層間距為0.62 nm,在衍射角29.3°出現的衍射峰對應于MoS2的(004)衍射峰。插層2 h的體相MoS2在衍射角8.81°和17.64°出現了2個新的衍射峰,分別對應于陽離子插層后新的(002)*和(004)*衍射峰,對應層間距為0.98 nm,同時,14.45°和29.3°衍射峰依舊存在[32]。隨著插層時間的增加,14.45°和29.3°衍射峰逐漸減弱,插層24 h后14.45°和29.3°衍射峰幾乎完全消失?梢钥闯鲞@是一種逐步插層反應,當插層時間較短時,只有部分體相MoS2被插層進入的陽離子打開了層間距,隨著插層時間的增加,越來越多的陽離子插層進入體相MoS2層間,逐漸生成少層插層復合物,直至完全擴展其層間距。圖3是體相MoS2電化學插層前后的SEM圖。如圖3(a,b)所示,原始體相MoS2由較薄的片狀體相MoS2和球狀顆粒的導電劑等成分均勻分布,其中原始微米尺寸的體相MoS2顆粒示于圖S2(Supporting information)中。圖3(c,d)為在-1.8 V(vs Ag wire)插層電位下電化學插層24 h后的MoS2?BMIM+的SEM圖,其中微米尺寸的片狀MoS2出現明顯膨脹。另外,體相MoS2的膨脹填充了接觸導電劑的孔隙,沒有導致電極整體厚度明顯增加。
圖3是體相MoS2電化學插層前后的SEM圖。如圖3(a,b)所示,原始體相MoS2由較薄的片狀體相MoS2和球狀顆粒的導電劑等成分均勻分布,其中原始微米尺寸的體相MoS2顆粒示于圖S2(Supporting information)中。圖3(c,d)為在-1.8 V(vs Ag wire)插層電位下電化學插層24 h后的MoS2?BMIM+的SEM圖,其中微米尺寸的片狀MoS2出現明顯膨脹。另外,體相MoS2的膨脹填充了接觸導電劑的孔隙,沒有導致電極整體厚度明顯增加。使用XPS對MoS2?BMIM+(-1.8 V&5 h)的表面組成和晶相做進一步表征。圖4a的高分辨Mo3d圖譜表明MoS2和MoS2?BMIM+均存在位于229.9和233.1 eV處的峰,分別對應于2H相MoS2的Mo3d5/2和Mo3d3/2。由圖4b可知,MoS2和MoS2?BMIM+中存在2個峰,分別位于163.4和162.4 eV處,對應于2H相MoS2的S2p3/2和S2p1/2[33]。這表明插層BMIM+沒有引起體相MoS2的晶相變化;另外,根據N1s高分辨XPS圖譜還估算出MoS2?BMIM+(-1.8 V&5 h)的化學式大致為MoS2?(BMIM+)0.105,如圖S3所示。圖4c中的Raman圖譜再次驗證了MoS2?BMIM+(-1.8 V&5 h)的晶型變化。MoS2?BMIM+存在2個Raman振動特征峰,分別位于383和408 cm-1,對應著2H相MoS2的E12g振動(S?Mo的面內相反振動)和A1g振動(S?Mo?S原子層中,兩邊S原子的相反振動)[34],沒有出現1T相MoS2對應的特征振動。這證明插層離子液體陽離子伴隨的電子轉移沒有引起MoS2結構相變,保持其晶型穩(wěn)定。與文獻報道一致,大尺寸的插層離子限制插層進入主晶格離子的數量,從而限制轉移的電子數[35]。
【參考文獻】:
期刊論文
[1]高電化學活性SnO2/TiO2空心微球的制備及其性能[J]. 姜聚慧,李培培,劉勝男,婁向東,樊靜,王曉兵. 無機化學學報. 2019(12)
[2]水熱法合成球花狀二硫化鉬及其電化學性能[J]. 李美娟,沈舒宜,羅國強,張聯盟. 無機化學學報. 2017(09)
本文編號:3476721
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