一种铜掺杂氧化钴多孔纳米片复合材料及储能应用制造技术

本发明专利技术公开了一种铜掺杂氧化钴多孔纳米片复合材料的制备方法，其具体步骤为：将钴盐和铜盐按照钴/铜摩尔比0～5/1溶解于适量体积水中制备盐溶液(0.01～1.0摩尔/升)，二甲基咪唑溶解于等量体积水中形成配体溶液(0.1～5.0摩尔/升)。将配体溶液与盐溶液快速混合并搅拌均匀。将生长基体浸入到混合溶液中，室温下静置反应12～48小时。将基体取出后依次用水、乙醇清洗干净，干燥。将基体在惰性气氛下以1～5摄氏度/分钟的升温速率升至350～800摄氏度，热处理1～6小时，冷却到室温后得到在基体上生长的铜掺杂氧化钴多孔纳米片复合材料。用该方法制备的复合材料可用作锂离子电池负极材料及锌离子电池正极材料。

A copper doped cobalt oxide porous nanocomposite and its energy storage application

【技术实现步骤摘要】
一种铜掺杂氧化钴多孔纳米片复合材料及储能应用
本专利技术涉及无机非金属材料
，特别是涉及一种铜掺杂氧化钴多孔纳米片复合材料及其制备方法和储能应用。
技术介绍
作为一种新型储能器件，锂离子电池目前广泛应用于信息、国防、航天、医疗及交通等领域。随着化石能源的日渐消耗和面临的严重环境污染问题，全球范围对新型清洁能源需求量逐渐加大，从而促进了对高能量密度和长循环使用寿命锂离子电池的研究和发展。高比容量储能材料如过渡金属氧化物、硅碳复合材料等得到了广泛重视(AdvancedEnergyMaterials，2017，7：1601424)。但是应该看到，金属氧化物负极材料虽然具有很高的理论比容量，但是金属氧化物导电性低，在充放电过程中由于锂离子的脱嵌会造成很大的体积膨胀收缩效应，从而导致材料粉化脱落而失活，循环稳定性低。为了克服以上缺陷，大多数研究倾向于制备纳米结构金属氧化物并将其与炭材料如石墨烯、多孔炭、碳纳米管、碳纤维等进行复合制备复合负极材料，一方面可以提高其导电性，另一方面以炭材料为基体缓冲体积效应来达到提高循环稳定性的目的(ElectrochimicaActa，2016，187：508-516；ElectrochimicaActa，2015，186：50-57)。同时，粉体材料制备成电极需要加入粘结剂及导电剂如乙炔黑等，过多的添加剂不仅会降低电极中活性物质的量导致电池能量密度降低，同时易降低电子迁移速率及电解质离子扩散效率并影响循环稳定性。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足，本专利技术以不锈钢网、铜网、铜箔、泡沫镍、碳布及泡沫铜等为生长基体，在其表面生长钴/铜金属有机框架，经热处理后制备铜掺杂氧化钴多孔纳米片复合材料，通过铜掺杂来提高氧化钴内部载流子浓度，达到提高材料充放电循环稳定性及倍率性能的目的。本专利技术所采用的技术方案是：将钴盐和铜盐按照钴/铜摩尔比0～5/1溶解于适量体积水中制备盐溶液(0.01～1.0摩尔/升)，二甲基咪唑溶解于等量体积水中形成配体溶液(0.1～5.0摩尔/升)。将配体溶液与盐溶液快速混合并搅拌均匀。将生长基体浸入到混合溶液中，室温下静置反应12～48小时。将基体取出后依次用水、乙醇清洗干净，干燥。将基体在惰性气氛下以1～5摄氏度/分钟的升温速率升至350～800摄氏度，热处理1～6小时，冷却到室温后得到在基体上生长的铜掺杂氧化钴多孔纳米片复合材料。上述步骤所用铜盐为氯化铜、硝酸铜、乙酸铜、硫酸铜中的一种或几种。上述步骤所用钴盐为氯化钴、硫酸钴、硝酸钴、乙酸钴中的一种或几种。上述步骤所用基体为不锈钢网、铜网、碳布、铜箔、泡沫铜和泡沫镍中的一种或几种。附图说明图1为实施例1产物的扫描电镜图。图2为实施例2产物的扫描电镜图。图3为实施例3产物的扫描电镜图。图4为实施例4产物的扫描电镜图。图5为实施例1、3、4产物的X射线衍射图谱。图6为实施例1、3、4产物的充放电循环性能图。具体实施方式实施例1：将1.5毫摩尔硝酸钴溶解于30毫升水中制备盐溶液，12毫摩尔二甲基咪唑溶解于等量体积水中形成配体溶液。将配体溶液与盐溶液快速混合并搅拌均匀。将不锈钢网基体浸入到混合溶液中，室温下静置反应24小时。将基体取出后依次用水、乙醇清洗干净，干燥。将基体在惰性气氛下以2摄氏度/分钟的升温速率升至450摄氏度，热处理2小时，冷却到室温后得到在基体上生长的氧化钴多孔纳米片复合材料，产物形貌如图1所示。产物X射线衍射图谱中可以发现氧化钴和不锈钢网的衍射峰，如图5所示。实施例2：将1.5毫摩尔硝酸钴溶解于30毫升水中制备盐溶液，12毫摩尔二甲基咪唑溶解于等量体积水中形成配体溶液。将配体溶液与盐溶液快速混合并搅拌均匀。将不锈钢网基体浸入到混合溶液中，室温下静置反应24小时。将基体取出后依次用水、乙醇清洗干净，干燥。将基体在惰性气氛下以2摄氏度/分钟的升温速率升至350摄氏度，热处理2小时，冷却到室温后得到在基体上生长的氧化钴多孔纳米片复合材料，产物形貌如图2所示。实施例3：将1.125毫摩尔硝酸钴和0.375毫摩尔硝酸铜溶解于30毫升水中制备盐溶液，12毫摩尔二甲基咪唑溶解于等量体积水中形成配体溶液。将配体溶液与盐溶液快速混合并搅拌均匀。将不锈钢网基体浸入到混合溶液中，室温下静置反应24小时。将基体取出后依次用水、乙醇清洗干净，干燥。将基体在惰性气氛下以2摄氏度/分钟的升温速率升至450摄氏度，热处理2小时，冷却到室温后得到在基体上生长的铜掺杂氧化钴多孔纳米片复合材料，产物形貌如图1所示。产物形貌如图3所示。产物X射线衍射图谱中可以发现铜掺杂氧化钴和不锈钢网的衍射峰，如图5所示。与实施例1产物中氧化钴的XRD衍射峰比较，铜掺杂氧化钴衍射峰位置明显向低角度偏移，说明铜原子成功地掺杂到氧化钴晶格中。实施例4：将0.75毫摩尔硝酸钴和0.75毫摩尔硝酸铜溶解于30毫升水中制备盐溶液，二甲基咪唑溶解于等量体积水中形成配体溶液。将配体溶液与盐溶液快速混合并搅拌均匀。将不锈钢网基体浸入到混合溶液中，室温下静置反应24小时。将基体取出后依次用水、乙醇清洗干净，干燥。将基体在惰性气氛下以2摄氏度/分钟的升温速率升至450摄氏度，热处理2小时，冷却到室温后得到在基体上生长的铜掺杂氧化钴多孔纳米片复合材料，产物形貌如图1所示。产物形貌如图4所示。产物X射线粉末衍射图谱中可以发现铜掺杂氧化钴和不锈钢网的衍射峰，如图5所示。与实施例1产物中氧化钴的XRD衍射峰比较，铜掺杂氧化钴衍射峰位置明显向低角度偏移，说明铜原子成功地掺杂到氧化钴晶格中。实施例5：材料的电化学性能测试采用扣式电池系统在室温下测试材料的电化学性质，其中电解液为1.0MLiPF6/EC+DEC(体积比为1∶1)。采用蓝电CT2001A型电池测试系统进行充放电测试，电压范围为0.01～3V。结果如图6所示，炭纳米片包嵌铜掺杂氧化钴复合材料具有高放电比容量、高首次充放电库伦效率及良好的循环稳定性。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铜掺杂氧化钴多孔纳米片复合材料的制备方法，其具体步骤为：将钴盐和铜盐按照钴/铜摩尔比0～5/1溶解于适量体积水中制备盐溶液(0.01～1.0摩尔/升)，二甲基咪唑溶解于等量体积水中形成配体溶液(0.1～5.0摩尔/升)。将配体溶液与盐溶液快速混合并搅拌均匀。将生长基体浸入到混合溶液中，室温下静置反应12～48小时。将基体取出后依次用水、乙醇清洗干净，干燥。将基体在惰性气氛下以1～5摄氏度/分钟的升温速率升至350～800摄氏度，热处理1～6小时，冷却到室温后得到在基体上生长的制掺杂氧化钴多孔纳米片复合材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种铜掺杂氧化钴多孔纳米片复合材料的制备方法，其具体步骤为：将钴盐和铜盐按照钴/铜摩尔比0～5/1溶解于适量体积水中制备盐溶液(0.01～1.0摩尔/升)，二甲基咪唑溶解于等量体积水中形成配体溶液(0.1～5.0摩尔/升)。将配体溶液与盐溶液快速混合并搅拌均匀。将生长基体浸入到混合溶液中，室温下静置反应12～48小时。将基体取出后依次用水、乙醇清洗干净，干燥。将基体在惰性气氛下以1～5摄氏度/分钟的升温速率升至350～800摄氏度，热处理1～6小时，冷却到室温后得到在基体上生长的制掺杂氧化钴多孔纳米片复合材料。


2.根据权利要求1所述一种铜掺杂氧化钴多孔纳米片复合材料的制备方法，其特征在于所述钴盐为氯化钴、硫酸钴、硝酸钴、乙...

【专利技术属性】
技术研发人员：解勤兴，谢东良，
申请(专利权)人：天津工业大学，
类型：发明
国别省市：天津;12