花状电催化材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种花状电催化材料及其制备方法，属于电极材料领域。花状电催化材料，该材料分子式为CuCo2S4，微观结构是六边花型结构,花的最长对角线长度为4μm。本发明专利技术制备的电催化材料可以有效促进电子的传输以及氧气的扩散，同时其分层结构能够有效减缓电池在循环过程中带来的极化效应，从而提高电池的循环寿命。本发明专利技术制得的材料杂质含量低，电化学性能好，过电势仅为0.59V。

【技术实现步骤摘要】
花状电催化材料及其制备方法和应用
本专利技术涉及一种花状电催化材料及其制备方法，属于电极材料领域。
技术介绍
锂氧电池是以金属锂为负极，氧气为正极的新型燃料电池。锂氧电池具有理论能量密度高、正极材料来源丰富、绿色无污染、可再生利用、成本低廉等优点，是一种良好的能量存储装置。虽然锂氧电池具有上述优点，但是由于具有较高的充电过电势以及迟滞的氧还原反应动力学使得锂氧电池在充放电过程中表现出的电化学性能不佳，同时也缩减了锂氧电池的循环寿命。三元铜钴硫化物(CuCo2S4)由于其特殊的结构与物理化学性质，已经被广泛应用于超导、磁性材料、锂离子电池、催化剂等领域。三元铜钴硫化物可以改善锂氧电池的电化学性能。现有技术中，常采用铜源、钴源、硫源在有机溶剂中进行水热反应制得铜钴硫三元电极材料，但是部分有机溶剂比如异丙醇，由于其沸点为82.45℃，其蒸汽与空气混合易爆炸，不安全；另外，有机溶剂不环保。Nie等人在《Insituformationofflower-likeCuCo2S4nanosheets/graphenecompositeswithenhancedlithiumstorageproperties》中公开了一种类花状CuCo2S4颗粒的制备方法。具体为将CuCl2·2H2O、CoCl2·6H2O和(NH2)2CS为原料，以乙二醇为溶剂，将混合物加热至200℃保持12小时，得到平均尺寸为5微米的类花状CuCo2S4颗粒。但是该方法同样采用了有机溶剂，不环保。因此，需要一种环保安全的、制备方法简单的、且制备得到的材料电催化性能好的铜钴硫电催化材料的制备方法。专利技术内容本专利技术要解决的第一个技术问题是提供一种花状电催化材料。花状电催化材料，该材料分子式为CuCo2S4，微观结构是六边花型结构。六边花型结构如图3所示，该结构为凸六边形，呈花朵状。优选的，所述六边花的最长对角线为4μm。本专利技术要解决的第二个技术问题是提供一种花状电催化材料的制备方法。花状电催化材料的制备方法，按以下步骤制备而成：a、将硝酸铜和硝酸钴溶解在水中，得到第一溶液；b、将硫代乙酰胺溶解在水中，再加入尿素，得到第二溶液；c、将第一溶液和第二溶液混合，在230℃下反应22小时；d、对反应后的产物依次进行洗涤和干燥处理，得到花状电催化材料。优选的，硝酸铜、硝酸钴、硫代乙酰胺和尿素的摩尔比为0.5～1:1～2:2～8:1～3。更优选的，硝酸铜、硝酸钴、硫代乙酰胺和尿素的摩尔比为1:2:4～4.5:1.9～2.2。进一步优选的，硝酸铜、硝酸钴、硫代乙酰胺和尿素的摩尔比为1:2:4.35:2.1。优选的，硝酸铜、硝酸钴、硫代乙酰胺和尿素的总质量与水的质量比为1～1.5:30～50。优选的，硝酸铜、硝酸钴、硫代乙酰胺和尿素的总质量与水的质量比为1.22:30～50。本专利技术要解决的第三个技术问题是提供一种花状电催化材料的应用。所述的花状电催化材料在电池上的应用。具体应用方法可以为，采用泡沫镍为基底，通过浸渍涂覆法，将花状电催化材料粘结在泡沫镍骨架上，制备成电极材料。本专利技术的有益效果：1、本专利技术制备的电催化材料具有优异的电化学性能，在电池中表现出良好的电催化性能。2、本专利技术制备的电催化材料是一种呈现出高度开放的六边花型结构，这种结构可以有效促进电子的传输以及氧气的扩散，同时可以看出其分层结构能够有效减缓电池在循环过程中带来的极化效应，从而提高电池的循环寿命。3、本专利技术溶剂仅采用水为溶剂，不采用异丙醇等有机溶剂作为溶剂，避免了爆炸的危险和有机溶剂的毒性，更环保、安全。4、本专利通过简便的水热法合成，同时试验周期较短，易于操作。5、本专利技术制得的材料杂质含量低，形状均匀，过电势仅为0.59V。附图说明图1为本专利技术所提供的花状电催化材料制备流程图；图2为制备的花状电催化材料S1的XRD图；图3为制备的花状电催化材料S1的SEM图；图4为D1的XRD图；图5为D1的SEM图；图6为D2的XRD图；图7为D2的SEM图；图8为D3的XRD图；图9为D3的SEM图；图10为D4的XRD图；图11为D4的SEM图；图12为D5的XRD图；图13为D6的XRD图；图14为D6的SEM图；图15为D7的XRD图；图16为花状电催化材料S1的首次充放电图；图17为SuperP的首次充放电图。具体实施方式本专利技术要解决的第一个技术问题是提供一种花状电催化材料。花状电催化材料，该材料分子式为CuCo2S4，结构是六边花型结构。该结构为凸六边形，呈花朵状。优选的，所述六边花的最长对角线为4μm。本专利技术要解决的第二个技术问题是提供一种花状电催化材料的制备方法，该方法仅采用水作为溶剂，环保，且制备方法简单，制备得到的材料过电势低，电催化性能好。花状电催化材料的制备方法，按以下步骤制备而成：a、将硝酸铜和硝酸钴溶解在水中，得到第一溶液；b、将硫代乙酰胺溶解在水中，再加入尿素，得到第二溶液；c、将第一溶液和第二溶液混合，在230℃下反应22小时；d、对反应后的产物依次进行洗涤和干燥处理，得到花状电催化材料。本专利技术需要严格控制温度和时间两个参数，仅在本专利技术限制的温度和时间下，可以保证水热反应的顺利进行。反应温度过高或过低，反应时间过长或过短都不利于目标产物的生成，同时也会对目标产物的成分、形貌产生影响。本专利技术先将铜源和钴源先配制成溶液，再将硫代乙酰胺和尿素配制为溶液，再将两者溶液混合进行水热反应。采用该方法，可以使花状结构更完整，不出现团聚现象。本专利技术的方法不能将原料直接混匀后反应，直接混匀制得的产物杂质含量高。其中，反应中加入尿素是为了促进花状CuCo2S4的合成，使原料在后续水热反应过程中充分反应。本专利技术选择的硫源为硫代乙酰胺，不使用硫脲、硫粉、硫化钠等常用硫源，其优点在于硫代乙酰胺的熔点相较于硫脲较低，在加热过程中易于反应，并且使用硫脲制得的产品有大量的杂质；而硫粉不溶于水，无法进行水热反应；而硫化钠在溶于水后，由于其含有的S2-容易被氧化发生水解反应生成SO32-，使用后，制备的产品会有大量的杂质。本专利技术对水热反应后的产物依次进行洗涤和干燥处理，洗涤过程中主要采用去离子水和无水乙醇对产物进行反复冲洗，3～5次最佳。在干燥处理过程中，优选采用真空干燥箱对目标产物进行干燥处理。优选的，为了减少产物中杂质的含量，硝酸铜、硝酸钴、硫代乙酰胺和尿素的摩尔比为0.5～1:1～2:2～8:1～3。更优选的，硝酸铜、硝酸钴、硫代乙酰胺和尿素的摩尔比为1:2:4～4.5:1.9～2.2。进一步优选的，硝酸铜、硝酸钴、硫代乙酰胺和尿素的摩尔比为1:2:4.35:2.1，在该配比时，制得的花状电催化材料几乎没有杂质。优选的，硝酸铜、硝酸钴、硫代乙酰胺和尿素的总质量与水的质量比为1～1.5:30～50。优选的，硝酸铜、硝酸钴、硫代乙酰胺和尿素的总质量与水的质量比为1.22:30～50。本专利技术要解决的第三个技术问题是提供一种花状电催化材料的应用。所述的花状电催化材料的应用，采用泡沫镍为基底，通过浸渍涂覆法，将花状电催化材料粘结在泡沫镍骨架上，制备成电极材料。下面结合实施例对本专利技术的具体实施方式做进一步的描述，并不因此将本专利技术限制在所述的实施例范围之中。实施例1花状电催化材料的制备a、按照硝酸铜、硝酸钴、硫代本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.花状电催化材料，其特征在于，该材料分子式为CuCo2S4，微观结构是六边花型结构。

【技术特征摘要】
1.花状电催化材料，其特征在于，该材料分子式为CuCo2S4，微观结构是六边花型结构。2.根据权利要求1所述的花状电催化材料，其特征在于，所述六边花的最长对角线长度为4μm。3.花状电催化材料的制备方法，其特征在于，按以下步骤制备而成：a、将硝酸铜和硝酸钴溶解在水中，得到第一溶液；b、将硫代乙酰胺溶解在水中，再加入尿素，得到第二溶液；c、将第一溶液和第二溶液混合，在230℃下反应22小时；d、对反应后的产物依次进行洗涤和干燥处理，得到花状电催化材料。4.根据权利要求3所述的花状电催化材料的制备方法，其特征在于，硝酸铜、硝酸钴、硫代乙酰胺和尿素的摩尔比为0.5～1:1～2:2～8:1～3。5.根据权利要求4所述的花状电催化材料的制备方法，其特征在于，硝酸铜、硝酸...

【专利技术属性】
技术研发人员：龙剑平，候志前，舒朝著，杨梅，李嘉宝，
申请(专利权)人：成都理工大学，
类型：发明
国别省市：四川,51