一种硫化钴/钴碱式盐纳米复合材料的制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种硫化钴/钴碱式盐纳米复合材料的制备方法及应用。首先，通过水热法制备了钴碱式盐纳米线，然后通过气相水热法将钴碱式盐纳米线转化为分级结构的硫化钴/钴碱式盐纳米复合材料，该分级结构中，硫化钴纳米片负载在钴碱式盐纳米线的表面上，薄的纳米片具有高的比表面积，可提供更多的电化学活性位点用于储存电能，从而获得高的比电容量；纳米线本身除了参与电化学储能外，还能为纳米片提供支撑，防止纳米片的相互团聚而影响电化学性能。因此，本发明专利技术公开的硫化钴/钴碱式盐纳米复合材料可用作超级电容器电极材料，其具有优良的电化学性能。

A cobalt sulfide cobalt salt / nano composite material preparation method and Application

The invention discloses a cobalt sulfide cobalt salt / nano composite material and preparation method and application. First of all, through the hydrothermal synthesis of cobalt salt nanowires, followed by hydrothermal gas phase method of cobalt salt nanowires into cobalt sulfide cobalt salt / hierarchical nanocomposites, the hierarchical structure, the load on the surface of cobalt salt nanowires on cobalt sulfide nano film, thin nanosheets with high the specific surface area, can provide more active sites for the electrochemical energy storage, so as to obtain high specific capacitance; nanowire itself in addition to participating in electrochemical energy storage, but also provide support for the nano film, prevent mutual agglomeration nanometer sheet which affect the electrochemical performance. Therefore, the present invention discloses cobalt sulfide / cobalt salt nano composite material can be used as electrode material for super capacitor, which has excellent electrochemical performance.

【技术实现步骤摘要】
一种硫化钴/钴碱式盐纳米复合材料的制备方法及应用
本专利技术涉及一种硫化钴/钴碱式盐纳米复合材料的制备方法及应用，具体涉及一种分级结构的硫化钴/钴碱式盐纳米复合材料的制备方法及其在超级电容器电极材料上的应用。
技术介绍
超级电容器通常可以分为双电层电容器(EDLC)和赝电容电容器。EDLC通过在电极/电解质界面的离子吸附储存电荷，而赝电容电容器通过快速的表面氧化还原反应储存电荷。电极材料是决定超级电容器的能量存储性能的主要因素。碳基材料如活性炭，碳纳米管和石墨烯是典型的EDLC电极材料。过渡金属氧化物(例如RuOx，MnO2)、金属氢氧化物、导电聚合物(例如聚苯胺，聚噻吩)和金属硫化物(例如Co8S9，NiS)是赝电容电极材料，目前超级电容器的能量密度仍然不能满足实际应用的要求，因此仍需要大量的努力来提高超级电容器电极材料的电容性能。单一结构的纳米材料，例如纳米片、纳米棒、纳米管等作为超级电容器电极材料的比电容量往往不够理想。近来，构建分级结构的纳米材料被认为是一种开发高性能超级电容器电极材料的有效策略，在已报道的分级结构纳米材料中，超薄的纳米片生长在纳米线或其他较大尺寸的载体上，超薄纳米片具有高比表面积，可以提供更多的电化学储能活性位点。因此，这些分级结构纳米材料能获得优异的电化学性能。
技术实现思路
本专利技术提供了一种硫化钴/钴碱式盐纳米复合材料的制备方法，首先，通过水热法制备了钴碱式盐纳米线，然后通过气相水热法将钴碱式盐纳米线转化为分级结构的硫化钴/钴碱式盐纳米复合材料。该分级结构的硫化钴/钴碱式盐纳米复合材料是由钴碱式盐纳米线的表面上负载硫化钴纳米片所构成。本专利技术还提供了硫化钴/钴碱式盐纳米复合材料在超级电容器上的应用。本专利技术采取的技术方案为：一种硫化钴/钴碱式盐纳米复合材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：A、将钴盐和尿素溶于水中制备混合溶液，95～140℃水热反应2～8小时，冷却、洗涤、干燥后制得前驱物；B、将步骤A制得的前驱物放于支架上，架于含S2-离子的盐溶液上方，100～160℃下水热反应2～10小时，冷却后即制得硫化钴/钴碱式盐纳米复合材料。还可以在步骤A中加入泡沫镍作为支撑材料；则硫化钴/钴碱式盐纳米复合材料可生长在支撑材料上。所述硫化钴/钴碱式盐纳米复合材料为分级结构，所述分级结构由钴碱式盐纳米线的表面上负载硫化钴纳米片所构成。薄的纳米片具有高的比表面积，可提供更多的电化学活性位点用于储存电能，从而获得高的比电容量；纳米线本身除了参与电化学储能外，还能为纳米片提供支撑，防止纳米片的相互团聚而影响电化学性能。所述钴盐和尿素的摩尔浓度之比为(0.02～0.1)：(0.08～0.4)。所述步骤B中，含S2-离子的盐溶液的浓度为0.02～0.2摩尔/升。所述钴盐为硫酸钴、硝酸钴、氯化钴中的一种或几种。所述含S2-离子的盐选自硫化钠、硫化钾中的一种或两种。所述硫化钴/钴碱式盐纳米复合材料可直接用作超级电容器的工作电极。本专利技术还提供了根据上述制备方法制备得到的硫化钴/钴碱式盐纳米复合材料作为超级电容器电极材料的应用。作为电极材料，其显示了较高的比电容量和倍率充放电性能。与已有技术相比，本专利技术具备以下优点：1、采用气相水热法制备了分级结构的硫化钴/钴碱式盐，在该结构中，薄的纳米片负载在具有较大尺寸的纳米线上，纳米线的支撑作用可以避免纳米片之间的团聚；2、在本专利技术的分级结构中，纳米片具有高的比表面积，可以为电化学反应提供更多的活性位点，因此，该分级结构纳米材料能获得优异的电化学性能；3、本专利技术操作简单，易于推广；4、分级结构的硫化钴/钴碱式盐纳米复合材料的制备属首次报道。附图说明图1为前驱体钴碱式盐(a)和硫化钴/钴碱式盐纳米复合材料(b)的XRD图；图2为前驱体钴碱式盐的SEM图；图3为硫化钴/钴碱式盐纳米复合材料的SEM图；图4为硫化钴/钴碱式盐纳米复合材料的TEM图；图5为硫化钴/钴碱式盐纳米复合材料电极在不同扫描速率下获得的循环伏安图；图6硫化钴/钴碱式盐纳米复合材料电极在不同电流密度下获得的充放电曲线图；图7为硫化钴/钴碱式盐纳米复合材料电极的容量随循环充放电变化曲线。具体实施方式实施例1一种硫化钴/钴碱式盐纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：A、分别将氯化钴和尿素加入40毫升水中，搅拌使之溶解，形成透明溶液，溶液中钴盐的浓度为0.08摩尔/升，尿素浓度为0.32摩尔/升，将溶液转入容积为50毫升特氟隆衬里的不锈钢高压釜中，再将一小片干净的泡沫镍(2厘米×2厘米)浸入混合溶液中，95℃下反应8小时，冷却后，取出泡沫镍片，洗涤干净，干燥，制得前驱物钴碱式盐；B、将25毫升的0.2摩尔/升硫化钠溶液加入容积为50毫升的特氟隆衬里的不锈钢高压釜中，然后将载有钴碱式盐的泡沫镍放置在溶液上方的特氟隆支架上，将高压釜在125℃下加热2小时，然后自然冷却至室温，取出泡沫镍，经洗涤、干燥后，即制得负载在泡沫镍上的硫化钴/钴碱式盐纳米复合材料。通过X射线粉末衍射对最终产物的样品进行表征，如图1所示，前驱体主要成分为钴碱式盐，最终产物为硫化钴/钴碱式盐纳米复合材料。通过扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对前驱体和最终产物的形貌进行表征。图2是前驱体钴碱式盐的SEM图，显示其为纳米线。图3和图4分别是最终产物硫化钴/钴碱式盐纳米复合材料的SEM和TEM图，可看出最终产物硫化钴/钴碱式盐纳米复合材料的形貌是薄的硫化钴纳米片负载在钴碱式盐纳米线上。实施例2一种硫化钴/钴碱式盐纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：A、将硝酸钴和尿素分别溶于40毫升水，溶液中钴盐的浓度为0.02摩尔/升，尿素浓度为0.08摩尔/升，将溶液转入容积为50毫升特氟隆衬里的不锈钢高压釜中，再将一小片干净的泡沫镍(2厘米×2厘米)浸入混合溶液中，140℃下反应2小时，冷却后，取出泡沫镍片，洗涤干净，干燥，制得前驱物钴碱式盐；B、将25mL的0.02摩尔/升硫化钠溶液加入50mL特氟隆衬里的不锈钢高压釜中，然后将载有钴碱式盐的泡沫镍片放置在溶液上方的特氟隆支架上，将高压釜在100℃下加热10小时，然后自然冷却至室温，取出泡沫镍片，经洗涤、干燥后，即制得负载在泡沫镍片上的分级结构的硫化钴/钴碱式盐纳米复合材料。实施例3一种硫化钴/钴碱式盐纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：A、将硫酸钴和尿素分别溶于40毫升水中，溶液中钴盐的浓度为0.1摩尔/升，尿素浓度为0.4摩尔/升，将溶液转入容积为50毫升特氟隆衬里的不锈钢高压釜中，再将一小片干净的泡沫镍(2厘米×2厘米)浸入混合溶液中，120℃下反应4小时，冷却后，取出泡沫镍片，洗涤干净，干燥，制得前驱物钴碱式盐；B、将25mL的0.1摩尔/升硫化钾溶液加入50mL特氟隆衬里的不锈钢高压釜中，然后将载有钴碱式盐的泡沫镍片放置在溶液上方的特氟隆支架上，将高压釜在160℃下加热2小时，然后自然冷却至室温，取出泡沫镍片，经洗涤、干燥后，即制得负载在泡沫镍上的分级结构的硫化钴/钴碱式盐纳米复合材料。实施例4一种硫化钴/钴碱式盐纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：A、将硫酸钴、氯化钴和尿素分别溶于40毫升水中，溶液中硫酸钴、氯化钴的浓度均为0.03摩尔/升，尿素浓度为0.3摩尔/本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硫化钴/钴碱式盐纳米复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：A、将钴盐和尿素溶于水中制备混合溶液，95～140℃水热反应2～8小时，冷却、洗涤、干燥后制得前驱物；B、将步骤A制得的前驱物放于支架上，架于含S

【技术特征摘要】
1.一种硫化钴/钴碱式盐纳米复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：A、将钴盐和尿素溶于水中制备混合溶液，95～140℃水热反应2～8小时，冷却、洗涤、干燥后制得前驱物；B、将步骤A制得的前驱物放于支架上，架于含S2-离子的盐溶液上方，100～160℃下水热反应2～10小时，冷却后即制得硫化钴/钴碱式盐纳米复合材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，还可以在步骤A中加入泡沫镍作为支撑材料。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述硫化钴/钴碱式盐纳米复合材料为分级结构，所述分级结构由钴碱式盐纳米线的表面上负载硫化钴纳米片所构成。4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其...

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