一种Co-Mo-O-S球形花簇结构复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种Co‑Mo‑O‑S球形花簇结构复合材料，其微观结构为球形花簇结构，以球核为主体，球核上长满花瓣；所述球核的成分为CoS和MoS2，所述花瓣的成分为Mo8O23。其制备方法包括以下步骤：1）Co‑Mo‑O前驱体的制备；2）Co‑Mo‑O‑S球形花簇复合材料的制备。作为超级电容器电极材料的应用，在0‑0.35V范围内充放电，在放电电流密度为1A/g时，比电容为1100‑1200 F/g。本发明专利技术避免引入低比电容的碳材料，具有：1、仅需要水热法，无需烧结碳化，制备工艺简单，能耗低；2、具有较高的比电容。同时，通过硫化操作，实现球形花簇结构，大幅提高材料的循环稳定性。

A Co-Mo-O-S Spherical Cluster Composite Material and Its Preparation Method and Application

【技术实现步骤摘要】
一种Co-Mo-O-S球形花簇结构复合材料及其制备方法和应用
本专利技术涉及硫化物复合材料的制备
，具体涉及一种Co-Mo-O-S球形花簇结构复合材料及其制备方法和应用。
技术介绍
超级电容器作为一种前景明朗的高效率能量储存装置，因其功率密度高、充放电速率快、循环寿命长等优点，已经引起了研究者广泛的研究兴趣。超级电容器的核心即电极材料，会直接影响超级电容器的主要性能指标，目前来看，超级电容器研究的主要方向点是寻找更为理想和成本低廉的电极材料。双电层电容器电极材料，如碳材料，具有稳定性好的特点，但是，由于其比电容较低，而无法满足应用要求；与之相反，法拉第电容电极材料，如过渡金属氧化物和过渡金属硫化物，具有远高于双层电容材料的比电容性能。但是，现有技术在制备法拉第电容电极材料时，采用单一金属元素作为法拉第电容电极材料，均存在材料微观结构不稳定而导致超级电容器材料循环性较差的问题。为了解决该问题，现有技术采用的方法为将过渡金属氧化物或过渡金属硫化物负载到微观结构稳定的碳材料上。过渡金属氧化物类的现有技术，潘超等人（Hi-TechFiber&Application，2017年01期，ISSN:1007-9815）将修饰过的金属氧化物纳米粒子与石墨烯结合，得到了一种石墨烯包裹金属氧化物的材料用于超级电容器。该材料的比电容在放电电流密度为1A/g时只有411F/g；在循环了3000圈后，循环寿命只保持在原有电容量的70%；在水热反应后，将材料进行烧结才能制备出最终样品。过渡金属硫化物类的现有技术，高阳等人（《多元金属硫化物电极材料的制备及其超级电容器性能的研究》，郑州大学，分类号:TM53）以Co的功能型配位化合物为前驱体，采用简单的溶剂热反应，合成出大量的三维分等级结构的CoS1.097微米花，最终获得的CoS1.097微米花作为超级电容器的电极材料。其电化学性能结果表明单金属的CoS1.097微米花比容量仅为533F/g，倍率性为84%。比电容和循环性能均处于较低水平，因此，该技术将CoS1.097微米花负载在碳材料氧化石墨烯上以进一步提升材料性能，最终获得810F/g的比电容和高达90%的倍率性能。同样，代杰等人（《不同形貌的MoS2及MoS2复合材料在超级电容器中的应用》，兰州大学，分类号:TM53，TB33）仅制备过渡金属硫化物MoS2作为超级电容器的电极材料，也仅实现了在0.5A/g的电流密度下，MoS2具有的比容量为145F/g，经过1000次循环后，测得的电容量是初始电容量的65%的技术效果。该现有技术给出的解决方案也是与碳材料碳纤维进行复合，将比电容提升至400F/g，倍率性也由65%提升至74%。通过分析上述现有技术可知，仅仅采用单一过渡金属氧化物或过渡金属硫化物无法解决循环稳定性的问题，都必须通过对碳材料进行负载来解问题。而负载碳材料这类现有技术的方法均存在以下技术问题：1、虽然碳材料可以提高超级电容器的稳定性，但是由于其提供的比电容较小，在大量添加碳材料，实现提高超级电容器稳定性的效果，必然导致超级电容器材料整体比电容大幅下降；2、碳材料的制备工艺需要（在水热反应后）采用对含碳材料进行烧结碳化后才可制备出最终的电极材料，显然存在能耗高、制备工艺繁琐的技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种Co-Mo-O-S球形花簇结构复合材料及其制备方法。利用多种高比电容的法拉第电容电极材料，过渡金属氧化物和过渡金属硫化物进行复合代替碳材料负载的方法。该方法由于无需复合碳材料，从而削减的烧结碳化的过程，实现简化制备工艺、降低能耗的技术效果；同时，由于复合材料均为高比电容的法拉第电容电极材料，可以在不进行碳材料负载而保持和提高超级电容器循环性能的情况下，提高超级电容器的比电容。但以现有技术，简单地将两种过渡金属氧化物和过渡金属硫化物进行复合，无法实现电化学性能的提高和改善，这一情况通过本专利技术具体实施方式所记载内容可以证实。因此，需要利用过渡金属之间产生的双金属协同效应才能实现上述专利技术目的。现有技术采用多元金属硫化物共沉淀方法存在的问题是，无法控制两种或两种以上的无机盐的沉淀速率，导致制备材料颗粒不均匀、形貌不可控，即不均一性。为了克服上述技术问题，本专利技术采用两步水热法，有效控制材料的颗粒大小和微观形貌，获得球形花簇结构，提高材料的比电容和循环稳定性。为了实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：Co-Mo-O-S球形花簇结构复合材料，以Co(NO3)2·6H2O、(NH4)6Mo7O24·4H2O、CO(NH2)2、NH4F和可溶性硫化物为起始原料，经水热反应制得。其微观结构为球形花簇结构，以球核为主体，球核上长满花瓣；所述球核的成分为CoS和MoS2，所述花瓣的成分为Mo8O23。Co-Mo-O-S球形花簇结构复合材料的制备方法，包括以下步骤：1）Co-Mo-O前驱体的制备，Co(NO3)2·6H2O、(NH4)6Mo7O24·4H2O、CO(NH2)2、NH4F按（2-4）:0.4:6:4的物质的量之比称取并溶于水中，磁力搅拌15-25min，将溶液转移到高压釜中，并在120-140℃下保持4-6h，冷却至室温，抽滤、干燥得到Co-Mo-O前驱体；2）Co-Mo-O-S球形花簇复合材料的制备，Co-Mo-O前驱体和可溶性硫化物按3:（10-30）的物质的量之比，先称取Co-Mo-O前驱体溶于水并超声，后倒入可溶性硫化物水溶液，得到混合溶液后转移到高压釜中，并在100-120℃下保持11-13h，冷却至室温，抽滤、干燥得到Co-Mo-O-S复合材料。Co-Mo-O-S球形花簇结构复合材料作为超级电容器电极材料的应用，其特征在于：在0-0.35V范围内充放电，在放电电流密度为1A/g时，比电容为1100-1200F/g。本专利技术所得Co-Mo-O-S球形花簇结构复合材料实验检测，结果如下：为了证明Co-Mo-O-S球形花簇结构复合材料的大小及粒径分布，通过扫描电镜测试，该材料的粒径为2-5μm。为了证明Co-Mo-O-S球形花簇结构复合材料的结构特征，通过透射电镜测试，该材料的结构为球形花簇结构。Co-Mo-O-S球形花簇结构复合材料的电化学性能测试，检测在0-0.35V范围内充放电，在放电电流密度为1A/g时，Co-Mo-O-S球形花簇结构复合材料超级电容器电极比电容范围在1100-1200F/g，表明Co-Mo-O-S球形花簇结构复合材料具有良好的超级电容性能。本专利技术的Co-Mo-O-S球形花簇结构复合材料对于现有技术，具有以下优点：1．本专利技术是采用Co(NO3)2·6H2O、(NH4)6Mo7O24·4H2O、CO(NH2)2、NH4F和可溶性硫化物作为反应试剂，制得Co-Mo-O-S球形花簇结构复合材料，在不添加碳材料的情况下，实现了提高超级电容器稳定性的效果，且比电容为1100-1200F/g；2．Co-Mo-O-S球形花簇结构复合材料采用两步水热法合成，第一步水热得到氧化物，第二步水热得到硫化物，较一步水热而言，能有效控制材料的颗粒大小和微观形貌，获得球形花簇结构，提高材料的比电容和循环稳定性；而且所得材料无需烧结碳化，能耗低。3．本专利技术Co-Mo-O-S球形花簇结构复本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种Co‑Mo‑O‑S球形花簇结构复合材料，其特征在于：其微观结构为球形花簇结构，以球核为主体，球核上长满花瓣；所述球核的成分为CoS和MoS2，所述花瓣的成分为Mo8O23。

【技术特征摘要】
1.一种Co-Mo-O-S球形花簇结构复合材料，其特征在于：其微观结构为球形花簇结构，以球核为主体，球核上长满花瓣；所述球核的成分为CoS和MoS2，所述花瓣的成分为Mo8O23。2.根据权利要求1所述的Co-Mo-O-S球形花簇结构复合材料，其特征在于：以Co(NO3)2·6H2O、(NH4)6Mo7O24·4H2O、CO(NH2)2、NH4F和可溶性硫化物为起始原料，经水热反应制得。3.按照权利要求1所述Co-Mo-O-S球形花簇结构复合材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：1）Co-Mo-O前驱体的制备，按一定物质的量之比，称取Co(NO3)2·6H2O、(NH4)6Mo7O24·4H2O、CO(NH2)2、NH4F溶于水中，磁力搅拌15-25min，将溶液转移到高压釜中，并在120-140℃下保持4-6h，冷却至室温，抽滤、干燥得到Co-Mo-O前驱体；2）Co-Mo-O-S球形花簇复合材...

【专利技术属性】
技术研发人员：向翠丽，毛小琦，邹勇进，黄伟权，覃耀毅，徐芬，孙立贤，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：广西,45