微米尺寸二硫化鉬層間化合物的電化學(xué)制備及其儲(chǔ)鎂性能
發(fā)布時(shí)間：2021-11-05 00:38
采用一種簡(jiǎn)便的電化學(xué)方法制備了有機(jī)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(kuò)大的層間距（0.98 nm）,能有效降低Mg2+的嵌入/脫出勢(shì)壘,為存儲(chǔ)Mg2+提供了更多的活性位點(diǎn),從而表現(xiàn)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(dá)101.93 mAh·g-1（約4倍于初始體相MoS2）。我們進(jìn)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(jī)化學(xué)學(xué)報(bào). 2020,36(08)北大核心SCICSCD
【文章頁數(shù)】：7 頁
【部分圖文】：
MoS2?BMIM+的形成示意圖
為了探究插層時(shí)間對(duì)體相MoS2結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響，我們測(cè)試了在恒定的-1.8 V(vs Ag wire)插層電位和不同插層時(shí)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(xiàn)強(qiáng)衍射峰對(duì)應(yīng)于MoS2的(002)衍射峰，對(duì)應(yīng)層間距為0.62 nm，在衍射角29.3°出現(xiàn)的衍射峰對(duì)應(yīng)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(xiàn)了2個(gè)新的衍射峰，分別對(duì)應(yīng)于陽離子插層后新的(002)*和(004)*衍射峰，對(duì)應(yīng)層間距為0.98 nm，同時(shí)，14.45°和29.3°衍射峰依舊存在[32]。隨著插層時(shí)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(yīng)，當(dāng)插層時(shí)間較短時(shí)，只有部分體相MoS2被插層進(jìn)入的陽離子打開了層間距，隨著插層時(shí)間的增加，越來越多的陽離子插層進(jìn)入體相MoS2層間，逐漸生成少層插層復(fù)合物，直至完全擴(kuò)展其層間距。圖3是體相MoS2電化學(xué)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(dǎo)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(xué)插層24 h后的MoS2?BMIM+的SEM圖，其中微米尺寸的片狀MoS2出現(xiàn)明顯膨脹。另外，體相MoS2的膨脹填充了接觸導(dǎo)電劑的孔隙，沒有導(dǎo)致電極整體厚度明顯增加。
圖3是體相MoS2電化學(xué)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(dǎo)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(xué)插層24 h后的MoS2?BMIM+的SEM圖，其中微米尺寸的片狀MoS2出現(xiàn)明顯膨脹。另外，體相MoS2的膨脹填充了接觸導(dǎo)電劑的孔隙，沒有導(dǎo)致電極整體厚度明顯增加。使用XPS對(duì)MoS2?BMIM+(-1.8 V&5 h)的表面組成和晶相做進(jìn)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(duì)應(yīng)于2H相MoS2的Mo3d5/2和Mo3d3/2。由圖4b可知，MoS2和MoS2?BMIM+中存在2個(gè)峰，分別位于163.4和162.4 eV處，對(duì)應(yīng)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(jù)N1s高分辨XPS圖譜還估算出MoS2?BMIM+(-1.8 V&5 h)的化學(xué)式大致為MoS2?(BMIM+)0.105，如圖S3所示。圖4c中的Raman圖譜再次驗(yàn)證了MoS2?BMIM+(-1.8 V&5 h)的晶型變化。MoS2?BMIM+存在2個(gè)Raman振動(dòng)特征峰，分別位于383和408 cm-1，對(duì)應(yīng)著2H相MoS2的E12g振動(dòng)(S?Mo的面內(nèi)相反振動(dòng))和A1g振動(dòng)(S?Mo?S原子層中，兩邊S原子的相反振動(dòng))[34]，沒有出現(xiàn)1T相MoS2對(duì)應(yīng)的特征振動(dòng)。這證明插層離子液體陽離子伴隨的電子轉(zhuǎn)移沒有引起MoS2結(jié)構(gòu)相變，保持其晶型穩(wěn)定。與文獻(xiàn)報(bào)道一致，大尺寸的插層離子限制插層進(jìn)入主晶格離子的數(shù)量，從而限制轉(zhuǎn)移的電子數(shù)[35]。
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]高電化學(xué)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(jī)化學(xué)學(xué)報(bào). 2019(12)
[2]水熱法合成球花狀二硫化鉬及其電化學(xué)性能[J]. 李美娟,沈舒宜,羅國強(qiáng),張聯(lián)盟. 無機(jī)化學(xué)學(xué)報(bào). 2017(09)
本文編號(hào)：3476721
【文章來源】：無機(jī)化學(xué)學(xué)報(bào). 2020,36(08)北大核心SCICSCD
【文章頁數(shù)】：7 頁
【部分圖文】：
MoS2?BMIM+的形成示意圖
為了探究插層時(shí)間對(duì)體相MoS2結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響，我們測(cè)試了在恒定的-1.8 V(vs Ag wire)插層電位和不同插層時(shí)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(xiàn)強(qiáng)衍射峰對(duì)應(yīng)于MoS2的(002)衍射峰，對(duì)應(yīng)層間距為0.62 nm，在衍射角29.3°出現(xiàn)的衍射峰對(duì)應(yīng)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(xiàn)了2個(gè)新的衍射峰，分別對(duì)應(yīng)于陽離子插層后新的(002)*和(004)*衍射峰，對(duì)應(yīng)層間距為0.98 nm，同時(shí)，14.45°和29.3°衍射峰依舊存在[32]。隨著插層時(shí)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(yīng)，當(dāng)插層時(shí)間較短時(shí)，只有部分體相MoS2被插層進(jìn)入的陽離子打開了層間距，隨著插層時(shí)間的增加，越來越多的陽離子插層進(jìn)入體相MoS2層間，逐漸生成少層插層復(fù)合物，直至完全擴(kuò)展其層間距。圖3是體相MoS2電化學(xué)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(dǎo)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(xué)插層24 h后的MoS2?BMIM+的SEM圖，其中微米尺寸的片狀MoS2出現(xiàn)明顯膨脹。另外，體相MoS2的膨脹填充了接觸導(dǎo)電劑的孔隙，沒有導(dǎo)致電極整體厚度明顯增加。
圖3是體相MoS2電化學(xué)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(dǎo)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(xué)插層24 h后的MoS2?BMIM+的SEM圖，其中微米尺寸的片狀MoS2出現(xiàn)明顯膨脹。另外，體相MoS2的膨脹填充了接觸導(dǎo)電劑的孔隙，沒有導(dǎo)致電極整體厚度明顯增加。使用XPS對(duì)MoS2?BMIM+(-1.8 V&5 h)的表面組成和晶相做進(jìn)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(duì)應(yīng)于2H相MoS2的Mo3d5/2和Mo3d3/2。由圖4b可知，MoS2和MoS2?BMIM+中存在2個(gè)峰，分別位于163.4和162.4 eV處，對(duì)應(yīng)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(jù)N1s高分辨XPS圖譜還估算出MoS2?BMIM+(-1.8 V&5 h)的化學(xué)式大致為MoS2?(BMIM+)0.105，如圖S3所示。圖4c中的Raman圖譜再次驗(yàn)證了MoS2?BMIM+(-1.8 V&5 h)的晶型變化。MoS2?BMIM+存在2個(gè)Raman振動(dòng)特征峰，分別位于383和408 cm-1，對(duì)應(yīng)著2H相MoS2的E12g振動(dòng)(S?Mo的面內(nèi)相反振動(dòng))和A1g振動(dòng)(S?Mo?S原子層中，兩邊S原子的相反振動(dòng))[34]，沒有出現(xiàn)1T相MoS2對(duì)應(yīng)的特征振動(dòng)。這證明插層離子液體陽離子伴隨的電子轉(zhuǎn)移沒有引起MoS2結(jié)構(gòu)相變，保持其晶型穩(wěn)定。與文獻(xiàn)報(bào)道一致，大尺寸的插層離子限制插層進(jìn)入主晶格離子的數(shù)量，從而限制轉(zhuǎn)移的電子數(shù)[35]。
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]高電化學(xué)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(jī)化學(xué)學(xué)報(bào). 2019(12)
[2]水熱法合成球花狀二硫化鉬及其電化學(xué)性能[J]. 李美娟,沈舒宜,羅國強(qiáng),張聯(lián)盟. 無機(jī)化學(xué)學(xué)報(bào). 2017(09)
本文編號(hào)：3476721
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