同晶型的四氧化三钴@四氧化三钴核壳结构材料及其制备方法以及应用技术

本发明专利技术公开了一种同晶型的四氧化三钴@四氧化三钴核壳结构材料及其制备方法以及应用，该制备方法包括：1)将可溶性钴盐、氟化胺、尿素、水和泡沫镍进行接触反应、清洗、干燥、退火以得到碱式Co3O4单体；2)将六亚甲基四胺、可溶性钴盐、乙醇、水与碱式Co3O4单体进行水热反应、清洗、干燥、退火以得到同晶型的四氧化三钴@四氧化三钴核壳结构材料。通过该方法能够制得具有优异的比电容和循环稳定性的四氧化三钴@四氧化三钴核壳结构材料以使得该复合材料能够胜任电化学电容器的电极材料，同时该制备方法操作简单、成本低廉、条件温和、绿色环保。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及Co3O4材料，具体地，涉及同晶型的四氧化三钴@四氧化三钴核壳结构材料及其制备方法以及应用。
技术介绍
超级电容器，也称为电化学电容器，由于其高功率密度，快速离子交换率和长循环寿命，故其在补充锂离子电池储能事业中扮演着一个重要的角色。电化学电容器的性能很大程度取决于其电极材料，并且与电极材料的结构有至关重要的联系。目前的电极材料主要为过度金属材料类，比如过渡金属氧化物及硫化物、混合过度金属氧化物和导电聚合物等等。一般单一结构的过度金属材料存在比电容小、倍率性能差、循环不稳定等缺陷，所以寻求不同结构的复合材料的协同作用很是关键。近年来，合成纳米过度金属材料很多，LiangDewei等人在ElectrochimicaActa期刊上报道了MoS2–Co3O4复合材料，但其比电容及循环稳定性不佳。在MaterialsScienceandEngineeringB期刊上，FengChao等人报道了单一的Co3O4的仅有850F/g。同样的在Co3O4@MnO2期刊上，HuangMing等人报道出的Co3O4@MnO2的电极材料电化学性质也不佳。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种同晶型的四氧化三钴@四氧化三钴核壳结构材料及其制备方法以及应用，通过该方法能够制得具有优异的比电容和循环稳定性的四氧化三钴@四氧化三钴核壳结构材料以使得该复合材料能够胜任电化学电容器的电极材料，同时该制备方法操作简单、成本低廉、条件温和、绿色环保。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种同晶型的四氧化三钴@四氧化三钴(Co3O4@Co3O4)核壳结构材料的制备方法，包括：1)将可溶性钴盐、氟化胺、尿素、水和泡沫镍进行接触反应、清洗、干燥、退火以得到碱式Co3O4单体；2)将六亚甲基四胺、可溶性钴盐、乙醇、水与碱式Co3O4单体进行水热反应、清洗、干燥、退火以得到同晶型的四氧化三钴@四氧化三钴核壳结构材料。本专利技术还提供了一种同晶型的四氧化三钴@四氧化三钴核壳结构材料，该同晶型的四氧化三钴@四氧化三钴核壳结构材料通过上述的方法制备而得。本专利技术进一步提供了上述的同晶型的四氧化三钴@四氧化三钴核壳结构材料在超级电容器中的应用。通过上述技术方案，本专利技术首先通过可溶性钴盐、氟化胺、尿素、水和泡沫镍(基底)进行接触反应得到碱式氧化钴前驱体(即碱式Co3O4单体)；接着通过六亚甲基四胺、可溶性钴盐与碱式Co3O4单体通过化学液相沉积法在乙醇水溶液中进行水热反应，以制得同晶型的四氧化三钴@四氧化三钴核壳结构材料，该核壳结构材料同时满足针状纳米结构和层状核壳结构，进而使得该复合材料具有优异的比电容和循环稳定性。该复合材料由于其优异的电化学性能使得其能够作为超级电容器的电极材料使用，其具体性能为：在2A/g电流密度的恒电流充放电条件下，该复合材料的比电容可达到1936mF/cm2；经过6000次循环后，该复合材料的电容仍能保持比较稳定，由此也说明该复合材料具有优异的稳定性。此外，上述制备方法操作简单、成本低廉、条件温和且符合绿色环保的要求，在反应过程中无需加入任何稳定剂、模板剂或表面活性剂，产物的后处理方便，易于对材料的尺寸和形貌进行调控，适合大规模生产。本专利技术的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。附图说明附图是用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本专利技术，但并不构成对本专利技术的限制。在附图中：图1是检测例1中A1的放大60千倍下的SEM图；图2是检测例1中A1的放大1.1千倍下的SEM图；图3是检测例1中A1的TEM图；图4是检测例1中A1的XRD图；图5是应用例1中A1的电化学阻抗谱法测试结果图；图6是应用例1中A1的循环伏安法(CV)测试结果图；图7是应用例1中A1的恒电流充放电(CP)测试结果图；图8是应用例1中A1的循环性能检测结果图。具体实施方式以下对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限制本专利技术。本专利技术提供了一种同晶型的四氧化三钴@四氧化三钴核壳结构材料的制备方法，包括：1)将可溶性钴盐、氟化胺、尿素、水和泡沫镍进行接触反应、清洗、干燥、退火以得到碱式Co3O4单体；2)将六亚甲基四胺、可溶性钴盐、乙醇、水与碱式Co3O4单体进行水热反应、清洗、干燥、退火以得到同晶型的四氧化三钴@四氧化三钴核壳结构材料。在上述制备方法的步骤1)中，各物料的用量可以在宽的范围内选择，但是为了使得制得的核壳结构材料具有更优异的比电容和循环稳定性，优选地，在步骤1)中，相对于1.0-3.0mmol的可溶性钴盐，氟化胺的用量为3.0-5.0mmol，尿素的用量为8-12mmol；更优选地，相对于1.5-2.5mmol的可溶性钴盐，氟化胺的用量为3.5-4.5mmol，尿素的用量为9-11mmol。在上述制备方法的步骤1)中，溶剂的用量可以在宽的范围内选择，但是为了使得制得的核壳结构材料具有更优异的比电容和循环稳定性，优选地，在步骤1)中，相对于1.0-3.0mmol的可溶性钴盐，水的用量为10-40ml，泡沫镍的用量为0.2-0.3g；更优选地，相对于1.5-2.5mmol的可溶性钴盐，水的用量为25-35ml，泡沫镍的用量为0.2-0.3g。同时，在上述制备方法的步骤1)中，接触反应以及退火的具体条件可以在宽的范围内选择，但是为了使得制得的核壳结构材料具有更优异的比电容和循环稳定性，优选地，在步骤1)中，接触反应至少满足以下条件：反应温度为80-120℃，反应时间为8-16h；退火至少满足以下条件：反应温度为300-400℃，反应时间为1-3h。另外，在上述制备方法的步骤2)中，各物料的用量可以在宽的范围内选择，但是为了使得制得的核壳结构材料具有更优异的比电容和循环稳定性，优选地，在步骤2)中，相对于0.2-1.0mmol的可溶性钴盐，六亚甲基四胺的用量为1-3mmol，乙醇的用量为5-15ml，水的用量为10-30ml，碱式Co3O4单体的用量为0.2-0.6mmol；更优选地，在步骤2)中，相对于0.2-1.0mmol的可溶性钴盐，六亚甲基四胺的用量为1.2-1.7mmol，乙醇的用量为7-12ml，水的用量为15-25ml，碱式Co3O4单体的用量为0.2-0.6mmol。此外，在上述制备方法的步骤2)中，水热反应和退火的具体条件可以在宽的范围内选择，但是为了使得制得的核壳结构材料具有更优异的比电容和循环稳定性，优选地，在步骤2)中，水热反应至少满足以下条件：反应温度为80-120℃，反应时间为8-16h；退火至少满足以下条件：反应温度为300-400℃，反应时间为1.5-2.5h；更优选地，水热反应至少满足以下条件：反应温度为90-100℃，反应时间为8-16h；退火至少满足以下条件：反应温度为300-340℃，反应时间为1.5-2.5h。最后，在上述制备方法的步骤1)和2)中，可溶性钴的具体种类可以在宽的范围内选择，但是为了使得制得的核壳结构材料具有更优异的比电容和循环稳定性，优选地，在步骤1)和2)中，可溶性钴盐选自硝酸钴、氯化钴、硫酸钴中的一种或多种。本专利技术还提供了一种同晶型的四氧化三钴@四氧化三钴核本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种同晶型的四氧化三钴@四氧化三钴核壳结构材料的制备方法，其特征在于，包括：1)将可溶性钴盐、氟化胺、尿素、水和泡沫镍进行接触反应、清洗、干燥、退火以得到碱式Co3O4单体；2)将六亚甲基四胺、可溶性钴盐、乙醇、水与所述碱式Co3O4单体进行水热反应、清洗、干燥、退火以得到所述同晶型的四氧化三钴@四氧化三钴核壳结构材料；其中，所述泡沫镍经过酸化处理。

【技术特征摘要】
1.一种同晶型的四氧化三钴@四氧化三钴核壳结构材料的制备方法，其特征在于，包括：1)将可溶性钴盐、氟化胺、尿素、水和泡沫镍进行接触反应、清洗、干燥、退火以得到碱式Co3O4单体；2)将六亚甲基四胺、可溶性钴盐、乙醇、水与所述碱式Co3O4单体进行水热反应、清洗、干燥、退火以得到所述同晶型的四氧化三钴@四氧化三钴核壳结构材料；其中，所述泡沫镍经过酸化处理。2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，在步骤1)中，相对于1.0-3.0mmol的所述可溶性钴盐，所述氟化胺的用量为3.0-5.0mmol，所述尿素的用量为8-12mmol；优选地，相对于1.5-2.5mmol的所述可溶性钴盐，所述氟化胺的用量为3.5-4.5mmol，所述尿素的用量为9-11mmol。3.根据权利要求2所述的制备方法，其中，在步骤1)中，相对于1.0-3.0mmol的所述可溶性钴盐，所述水的用量为10-40ml，所述泡沫镍的用量为0.2-0.3g；优选地，相对于1.5-2.5mmol的所述可溶性钴盐，所述水的用量为25-35ml，所述泡沫镍的用量为0.2-0.3g。4.根据权利要求2所述的制备方法，其中，在步骤1)中，所述接触反应至少满足以下条件：反应温度为80-120℃，反应时间为8-16h；所述退火至少满足以下条件：反应温度为300-400℃，反应时间为1-3h。5.根据权利要求1-4中任意一项所述的制备方法，其中，在步骤2)...

【专利技术属性】
技术研发人员：王秀华，方瑶，
申请(专利权)人：安徽师范大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34