本发明属于新型锂硫电池双功能宿主材料的制备，特别是一种碳化钨-氮化钨异质结量子点复合氮掺杂石墨烯纳米材料及制备方法、及作为双功能宿主在锂硫电池中应用。
背景技术：
1、锂硫电池以其出色的理论容量(1675mah g-1)、高能量密度(2600wh kg-1)、低成本、环保和资源丰富等优势，成为下一代商业化大规模能量存储系统的领先候选。然而，实现锂硫电池商业化应用的目标面临着多个挑战。首先，硫的绝缘性和li2s2/li2s的导电差使硫材料利用率低，缺乏良好的倍率性能。其次，溶解在电解液中的多硫化物会引发穿梭效应，同时，li2s在锂金属负极上沉积降低了库伦效率并引起自放电。多硫化物向li2s2的固液相变以及li2s2向li2s的固固相变阻碍了反应动力学的进行，从而导致过早终止和缓慢的多硫化物转化动力学。最后，不受控制的锂枝晶生长会刺穿锂负极表面的固体电解质界面膜，引发电解液的持续消耗，并增加电极界面的阻抗。此外，这些锐利的枝晶还可能刺穿隔膜，导致电池内部短路和严重的安全问题。因此，通过设计具有双重功能的宿主，既可以加速硫氧化还原动力学，又能调节锂沉积行为，是解决锂硫电池面临的问题的有效方法。
技术实现思路
1、为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种简单、高效的制备碳化钨-氮化钨异质结量子点复合氮掺杂石墨烯纳米材料的方法并作为双功能宿主应用于锂硫电池。
2、本发明中，研究者发现了一种碳化钨-氮化钨异质结量子点复合氮掺杂石墨烯并作为双功能宿主应用于锂硫电池。这种材料集成的微纳米结构特点：氮掺杂的石墨烯通过显著提高材料的导电性，为离子/电子传递提供了更丰富的传导途径。碳化钨-氮化钨异质结量子点具有大量的活性位点和催化活性，不仅有利于电子/离子转移，提高了活性物质的利用效率，还作为多硫化物锚定介质，促进了li2s的均匀成核和生长，从而增强了多硫化物的氧化还原动力学。此外，氮化钨-氮化钨异质结量子点复合氮掺杂石墨烯可以在隔膜/阳极界面有效地诱导了离子/电子的均匀分布，缩短了锂离子扩散途径，避免了局部电荷的聚集，从而实现了均匀的锂沉积和剥离。稳定的微纳结构可以作为有效的物理屏障，抑制锂枝晶生长，并缓解循环过程中锂负极体积的变化。本发明实验过程简单、重复性好、成本低廉，为过渡金属氮化物量子点纳米材料在锂硫电池中的应用提供了可行的制备方法。
3、为实现上述发明目的，本发明提供一种用于抑制锂硫电池穿梭效应及锂枝晶生长的碳化钨-氮化钨双功能宿主。
4、为实现上述发明目的，本发明技术方案如下：
5、一种用于抑制锂硫电池穿梭效应及锂枝晶生长的碳化钨-氮化钨双功能宿主的制备方法，包括以下步骤：
6、步骤1：前躯体的制备：以400～600毫克氯化钨、200～300毫克石墨烯为原料，以25～75毫升乙二醇为溶剂，先将氯化钨粉末溶解在所述混合溶液中，石墨烯超声分散在所述溶液得到均匀的分散液，将分散液室温下搅拌后置于微波反应器中，160℃条件下反应0.5小时，冷却后，通过离心和冷冻干燥得到黄棕色前躯体粉末；
7、步骤2：退火过程：将双氰胺和黄棕色前体粉末按照5:1的质量比放置于管式炉的上游和下游，在氩气氛围下进行高温退火处理。退火温度为800℃，保持2小时，最终得到产物粉末。
8、作为优选方式，步骤1进一步为：
9、以400～600毫克氯化钨、200～300毫克石墨烯为原料，以25～75毫升乙二醇为溶剂，先将氯化钨粉末溶解在所述混合溶液中，石墨烯超声分散在所述溶液得到均匀的分散液，将分散液室温下搅拌2小时后置于微波反应器中，160℃条件下反应0.5小时，冷却后，通过离心和冷冻干燥得到黄棕色前躯体粉末。
10、作为优选方式，步骤2中，管式炉中升温速率为每分钟5℃。
11、作为优选方式，步骤1进一步为：前躯体的制备：以500毫克氯化钨、250毫克石墨烯为原料，以50毫升乙二醇为溶剂，先将氯化钨粉末溶解在所述混合溶液中，石墨烯超声分散在所述溶液得到均匀的分散液，将分散液室温下搅拌2小时后置于微波反应器中，160℃条件下反应0.5小时，冷却后，通过离心和冷冻干燥得到黄棕色前躯体粉末。
12、本发明还提供一种所述方法制备的用于抑制锂硫电池穿梭效应及锂枝晶生长的碳化钨-氮化钨双功能宿主，其为碳化钨-氮化钨异质结量子点复合氮掺杂石墨烯。
13、作为优选方式量子点状的异质结碳化钨-氮化钨均匀分散在氮掺杂石墨烯的整个表面。
14、本发明还提供一种所述用于抑制锂硫电池穿梭效应及锂枝晶生长的碳化钨-氮化钨双功能宿主的应用，碳化钨-氮化钨异质结量子点复合氮掺杂石墨烯作为双功能宿主，应用在锂硫电池中用于提高硫转化动力学和改善锂枝晶问题。
15、与现有技术相比，本发明的优点是：
16、1、本发明的材料形貌为异质结量子点复合氮掺杂石墨烯纳米结构，具有良好的导电性、吸附性能、催化性能以及亲锂特性。
17、2、本发明实验过程简单、重复性、成本低廉。
18、3、本发明提供的碳化钨-氮化钨异质结量子点复合氮掺杂石墨烯展现出了优异的锂硫电池电化学性能，为锂硫电池双功能宿主的设计提供了新的思路。
1.一种用于抑制锂硫电池穿梭效应及锂枝晶生长的碳化钨-氮化钨双功能宿主的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的用于抑制锂硫电池穿梭效应及锂枝晶生长的碳化钨-氮化钨双功能宿主的制备方法，其特征在于：步骤1进一步为：
3.根据权利要求1所述的用于抑制锂硫电池穿梭效应及锂枝晶生长的碳化钨-氮化钨双功能宿主的制备方法，其特征在于：步骤2中，管式炉中升温速率为每分钟5℃。
4.根据权利要求1所述的用于抑制锂硫电池穿梭效应及锂枝晶生长的碳化钨-氮化钨双功能宿主的制备方法，其特征在于：步骤1进一步为：前躯体的制备：以500毫克氯化钨、250毫克石墨烯为原料，以50毫升乙二醇为溶剂，先将氯化钨粉末溶解在所述混合溶液中，石墨烯超声分散在所述溶液得到均匀的分散液，将分散液室温下搅拌2小时后置于微波反应器中，160℃条件下反应0.5小时，冷却后，通过离心和冷冻干燥得到黄棕色前躯体粉末。
5.权利要求1至4任意一项所述方法制备的用于抑制锂硫电池穿梭效应及锂枝晶生长的碳化钨-氮化钨双功能宿主，其特征在于：其为碳化钨-氮化钨异质结量子点复合氮掺杂石墨烯。
6.根据权利要求5所述的用于抑制锂硫电池穿梭效应及锂枝晶生长的碳化钨-氮化钨双功能宿主，其特征在于：量子点状的异质结碳化钨-氮化钨均匀分散在氮掺杂石墨烯的整个表面。
7.权利要求5所述的一种用于抑制锂硫电池穿梭效应及锂枝晶生长的碳化钨-氮化钨双功能宿主的应用，其特征在于：碳化钨-氮化钨异质结量子点复合氮掺杂石墨烯作为双功能宿主，应用在锂硫电池中用于提高硫转化动力学和改善锂枝晶问题。
