一种硫化钴纳米片材料及其制备方法技术

一种硫化钴纳米片材料及其制备方法，将四水合乙酸钴加入到异丙醇和乙二醇的混合溶液中，经磁力搅拌得到溶液A；将硫化钠加入到去离子水中，然后加入氨水得到溶液B；将溶液A与溶液B混合均匀后倒入均相水热反应釜中反应；然后将反应后冷却的产物取出，洗涤后冷冻干燥即得到硫化钴纳米片材料。本发明专利技术中所用原料易获取且绿色环保，实验反应条件简单，安全性高，通过调节溶液pH值获得产物粒径较小，增加硫化钴嵌脱钠时氧化还原反应的活性位点，从而提高电池的循环稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种硫化钴纳米片材料及其制备方法
本专利技术涉及一种硫化钴纳米片材料及其制备方法，应用于钠离子电池负极材料中，属于电化学领域。
技术介绍
过渡金属硫化物(如：NiS、CoS、MnS、ZnS、SnS等)，近年来在超级电容器、二次电池、光催化等领域已受到人们的广泛关注。因为硫化物具有结构复杂、成键方式较为独特等优点，使得过渡金属硫化物在新型材料领域表现出潜在的使用价值。在电化学研究过程中，镍、钨和钴等硫化物是一类比较好的二次电池的负极材料，因为这类硫化物拥有层状结构，且层间距都比较大，在电化学反应过程中，Li+和Na+能顺利嵌入到层状结构中。在钴的硫化物中，Co和S具有多种不同的化学计量比，可以得到不同化学计量比的硫化钴物质，如Co4S3、Co3S4、Co9S8、CoS2等化合物。硫化钴物质拥有较高的理论容量，不同的硫化钴物质具有不同的结构和电化学性能，大大满足了各种电池设备的不同需求[卢明佳.钴基复合物锂离子电池负极材料的可控合成及电性能研究[D].广州:华南理工大学,2016]。但其更多应用与光电催化中，效果良好，在电化学研究中，更多是基于对锂离子电池的研究上，应用在钠离子电池中的研究较少。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种硫化钴纳米片材料及其制备方法。为实现上述目的，本专利技术采用如下的技术方案：一种硫化钴纳米片材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将四水合乙酸钴加入到乙二醇和异丙醇混合溶液中，搅拌均匀得到溶液A；2)向硫化钠的水溶液中滴加氨水溶液直至pH值为11.2-11.8，得到溶液B；3)将溶液B加入到溶液A中利用超声分散均匀，然后置于均相反应仪中，均速旋转状态下在185-200℃下进行反应，反应结束后，洗涤，冷冻干燥，得到硫化钴纳米片材料。本专利技术进一步的改进在于，所述步骤1)中四水合乙酸钴与乙二醇和异丙醇混合溶液的比为1.5-2.2g：25-35mL。本专利技术进一步的改进在于，所述步骤1)中乙二醇和异丙醇混合溶液中乙二醇和异丙醇的体积比为2:1。本专利技术进一步的改进在于，所述步骤1)中搅拌的转速为700-750r/min，时间为30-40min。本专利技术进一步的改进在于，所述步骤2)中硫化钠的水溶液中硫源的浓度为0.3-0.5mol/L。本专利技术进一步的改进在于，所述步骤2)中氨水溶液的浓度为0.6-0.8mol/L。本专利技术进一步的改进在于，所述步骤2)中氨水溶液的滴加速度为0.15-0.18mL/min。本专利技术进一步的改进在于，所述步骤3)中四水合乙酸钴与硫化钠的质量比为1.5-2.2：0.8-1.2。本专利技术进一步的改进在于，所述步骤3)中超声分散的时间为80-90min；所述步骤3)中均速旋转的转速为5-15r/min，反应的时间为3-7h；所述步骤3)中冷冻干燥的时间为20-24h。一种根据上述方法制备得到的硫化钴纳米片材料。与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：(1)本专利技术采用氨水调节溶液pH值，有效调控硫化钴的粒径，减少了Na+的迁移距离，粒径均一，增加硫化钴嵌脱钠时氧化还原反应的活性位点；(2)本专利技术采用的是一步溶剂热反应直接合成最终产物，具有较低的合成温度，较短的反应时间，简单的合成路径，不需要大型设备和苛刻的反应条件，方便易操作，安全性高，产物产率较高；(3)本专利技术采用的是一步溶剂热反应合成硫化钴，有效地改善了充放，电循环时的体积膨胀效应与团聚效应，增强了材料的循环性能。反应在液相中一次完成，克服了溶剂热带来的安全和环境污染问题。(4)本专利技术的实验过程中原料在液相中快速对流，获得产品的产率比较高，其作为钠离子电池负极材料时能够表现出优异的性能。附图说明图1为本专利技术实施例1制备产物的X射线衍射图。图2为本专利技术实施例1制备产物的扫描电镜图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步详细说明。本专利技术包括以下步骤：1)取1.5-2.2g四水合乙酸钴加入到25-35mL乙二醇和异丙醇混合溶液中，利用磁力搅拌得到溶液A；2)取0.7-1.2g硫化钠溶于去离子水中，搅拌使其溶解，然后向溶液中逐滴滴加0.6-0.8mol/L的氨水溶液，直至溶液pH值达到11.2-11.8，得到溶液B；3)将溶液B倒入溶液A中进行混合，利用超声分散均匀，然后将混合溶液倒入均相水热反应釜后密封，将内衬装于外釜中固定后置于均相反应仪中，均速旋转状态下由室温加热到185-200℃进行反应；4)溶剂热反应结束后，让反应釜自然冷却到室温，然后将反应后冷却的产物取出，经水洗、醇洗清洗后收集；5)将清洗后的产物置于冷冻干燥机的冷井中，在-80～-60℃条件下冷冻2-4h，然后将冷冻后的产物置于托盘中，盖上密封罩，抽真空到5-12Pa，经过冷冻干燥后收集产物，即得到硫化钴纳米片材料。所述步骤1)中反应原料中钴源仅选用四水合乙酸钴，硫源仅选用硫化钠，反应溶剂使用乙二醇和异丙醇的混合溶液。所述步骤1)中乙二醇和异丙醇的体积比为2:1。所述步骤1)中磁力搅拌的转速为700-750r/min，时间为30-40min。所述步骤2)中硫化钠溶于去离子水中，硫源的浓度为0.3-0.5mol/L。所述步骤2)中控制氨水溶液的滴加速度为0.15-0.18mL/min，滴加完一滴氨水溶液后，搅拌直至溶液pH值稳定，再滴入下一滴氨水溶液，直至反应液pH值被调整到11.2-11.8。所述步骤3)中超声分散时间为80-90min。所述步骤3)中使用的均相水热反应釜类型为聚四氟乙烯。所述步骤3)中混合溶液倒入反应内衬的填充比为50-60％。所述步骤3)中在5-15r/min的转速条件下由室温加热到185-200℃，反应的时间为3-7h。所述步骤4)中经去离子水和乙醇交替清洗进行2-5次。所述步骤4)中收集采用抽滤方式进行。所述步骤5)中产物在放入托盘进行干燥之前，用扎孔的保鲜膜进行密封，集中扎空在产物上方。所述步骤5)中冷冻干燥的时间为20-24h。实施例1步骤一：取2.0g四水合乙酸钴加入到20mL乙二醇和10mL异丙醇混合溶液中，将以上三种原料放入烧杯中，利用磁力搅拌在转速为730r/min的条件下搅拌35min得到溶液A；步骤二：取1.0g硫化钠溶于30mL去离子水中，搅拌至澄清溶液，然后以0.16mL/min的滴加速度向溶液中滴加氨水溶液，滴加完一滴氨水溶液后，搅拌直至溶液pH值稳定，再滴入下一滴氨水溶液，直至溶液pH值调整到11.5得到溶液B；步骤三：将上述溶液B和倒入溶液A中进行混合，超声分散85min；按55％的填充比将混合溶液倒入均相水热反应釜后密封，将内釜装于外釜中固定后置于均相反应仪中，在10r/min的转速条件下由室温加热到195℃进行水热反应，反应5h；步骤四：反应结束后，让反应釜自然冷却到室温，然后将反应后冷却的产物取出，经去离子水和乙醇交替清洗3次采用抽滤收集；步骤五：将清洗后的产物用扎孔的保鲜膜进行密封，孔集中扎在产物上方部位，置于冷冻干燥机的冷井中，在-70℃条件下冷冻3h，然后将冷冻后的产物置于托盘中，盖上密封罩，抽真空到8Pa，干燥22h后收集产物，即得到硫化钴纳米片材料。由图1可以看出本实施例制备的产物的XRD中所有的峰都对应于立方体型的Co9S8，标准谱图为PDF#02-1459，没有出现其他的杂质峰，说明产本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种硫化钴纳米片材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将四水合乙酸钴加入到乙二醇和异丙醇混合溶液中，搅拌均匀得到溶液A；2)向硫化钠的水溶液中滴加氨水溶液直至pH值为11.2‑11.8，得到溶液B；3)将溶液B加入到溶液A中利用超声分散均匀，然后置于均相反应仪中，均速旋转状态下在185‑200℃下进行反应，反应结束后，洗涤，冷冻干燥，得到硫化钴纳米片材料。

【技术特征摘要】
1.一种硫化钴纳米片材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将四水合乙酸钴加入到乙二醇和异丙醇混合溶液中，搅拌均匀得到溶液A；2)向硫化钠的水溶液中滴加氨水溶液直至pH值为11.2-11.8，得到溶液B；3)将溶液B加入到溶液A中利用超声分散均匀，然后置于均相反应仪中，均速旋转状态下在185-200℃下进行反应，反应结束后，洗涤，冷冻干燥，得到硫化钴纳米片材料。2.根据权利要求1所述的一种硫化钴纳米片材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中四水合乙酸钴与乙二醇和异丙醇混合溶液的比为1.5-2.2g：25-35mL。3.根据权利要求1所述的一种硫化钴纳米片材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中乙二醇和异丙醇混合溶液中乙二醇和异丙醇的体积比为2:1。4.根据权利要求1所述的一种硫化钴纳米片材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中搅拌的转速为700-750r/min，时间为30-40min。5.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄剑锋，何枢薇，李文斌，曹丽云，畅珣伟，王娜，范海鑫，白明玥，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61