一种钴碲化合物及其固相制备方法、锂空气电池技术

本发明专利技术提供了一种钴碲化合物，所述钴碲化合物为具有纳米颗粒状形貌的钴碲化合物；所述钴碲化合物包括CoTe和/或CoTe

A cobalt tellurium compound and its solid phase preparation method, lithium air battery

【技术实现步骤摘要】
一种钴碲化合物及其固相制备方法、锂空气电池
本专利技术属于钴碲化合物
，涉及一种钴碲化合物及其制备方法、锂空气电池，尤其涉及一种钴碲化合物及其固相制备方法、锂空气电池。
技术介绍
金属硫族化合物(TMD，硫化物、硒化物、碲化物)在能源转换、光电器件、生物工程等诸多领域具有优异性能，引起学者广泛的研究兴趣。优异的催化活性、低廉的价格和丰富的矿藏，使其被看作是极有希望代替贵金属的新型电催化材料。现如今，MoS2、CoS2,、MoSe2、CoSe2等形式的过渡金属硫族化合物取得了较大的发展和比较广泛的应用，而对于过渡金属硫族碲化物，相较于硫化物和硒化物有更好的金属性，理论上具有更大的研究价值和更广泛的应用前景，但目前对于碲化物的研究，相较于传统硫化物和硒化物，过渡金属碲化物的研究相对迟缓，深度浅。因此，新型过渡金属碲化物的制备与应用具有紧迫性和创新性。目前，纳米级钴碲化合物越发受到科研工作者的重视，已得到广泛报道。例如：中国科学技术大学俞书宏教授团队以Te纳米线作为模板，通过多元醇还原法合成CoTe纳米纤维，该材料在碱性介质中对电催化氧析出性能表现优异的活性与稳定性；西安交通大学史忠旗教授团队利用分步水热法合成碳纸支撑、不同形貌的碲化钴异质结构，该一体化电极对氢析出反应具有较高的活性，仅需要230.0mV的过电势即可在酸性溶液中提供100mAcm-2的电流密度，循环5000个循环、连续电解20小时后；韩国汉阳大学NabeenK.Shrestha教授团队以室温下羟基碳酸钴纳米薄膜为前驱体，通过阴离子交换反应，制备无粘合剂的钴碲化合物薄膜，在基于I3-/I-氧化还原电解质的染料敏化太阳能电池中用作对电极时，碲化物薄膜对I3-具有电催化还原活性，太阳光至电能的转换效率为8.10％。但是从以上现有技术中的报道来看，钴碲化合物的合成通常利用高温条件下还原性气氛或高温、液相反应合成，这使得该过程昂贵且复杂，对环境污染严重，而且钴碲化合物的形貌上也不够全面，这大大影响了其后续研究和拓展，更加不利于后续的规模化生产。因而，如何得到一种简单，高产量且零污染的合成方法，克服现有技术中的上述缺陷，在不进行复杂操作的情况下，开发出理想且经济的钴碲化物纳米材料，已成为业内研究人员广为关注的焦点之一。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种钴碲化合物及其固相制备方法，本专利技术采用固相球磨法制备的钴碲化合物，具有粒径均一的纳米级颗粒状形貌。而且本专利技术提供的制备方法，工艺简单，重复性良好、反应条件温和、生产成本低，适用于大规模生产应用。而且本专利技术首次将其应用于锂空气电池正极催化剂的研究，进一步拓展其应用领域。本专利技术提供了一种钴碲化合物，所述钴碲化合物为具有纳米颗粒状形貌的钴碲化合物；所述钴碲化合物包括CoTe和/或CoTe2。优选的，所述纳米颗粒包括球形纳米颗粒、方形纳米颗粒和堆积挤压状的不规则形状纳米颗粒中的一种或多种；所述堆积挤压状的不规则形状纳米颗粒为球形纳米颗粒和/或方形纳米颗粒堆积挤压的不规则形状纳米颗粒；所述纳米颗粒的粒径为10～70nm。优选的，所述钴碲化合物包括钴碲化合物粉末；所述钴碲化合物由原料钴和原料碲经固相球磨后得到。优选的，所述固相球磨的转数大于等于400rpm；所述固相球磨的时间大于等于1小时；所述固相球磨的研磨球与钴和碲的混合物的质量比大于等于10：1。优选的，具有面心立方密堆积和六方密堆积的混合结构的所述原料钴经固相球磨后，先转化为具有六方密堆积结构的钴，再与原料碲生成钴碲化合物；所述CoTe包括具有简单六方晶相的CoTe；所述CoTe2包括具有面心立方晶相的CoTe2。本专利技术提供了一种钴碲化合物的制备方法，包括以下步骤：1)将钴粉、碲粉和研磨球至于密闭研磨罐；所述密闭研磨罐中充有保护性气体；2)将研磨罐进行球磨后，得到钴碲化合物。优选的，所述研磨球的直径为3～10mm；所述保护性气体包括氮气和/或惰性气体。优选的，所述钴粉与所述碲粉的摩尔比为1：(1～2)；所述研磨球与钴粉和碲粉的混合物的质量比大于等于10：1。优选的，所述球磨的转数大于等于400rpm；所述球磨的时间大于等于1小时；所述球磨的工作温度为0～40℃；所述球磨后还包括洗涤、离心和干燥中的一步或多步。本专利技术还提供了一种锂空气电池，所述锂空气电池的正极材料中包括上述技术方案任意一项所述的钴碲化合物或上述技术方案任意一项所制备的钴碲化合物。本专利技术提供了一种钴碲化合物，所述钴碲化合物为具有纳米颗粒状形貌的钴碲化合物；所述钴碲化合物包括CoTe和/或CoTe2。与现有技术相比，本专利技术针对现有的钴碲化合物的合成方法中，通常利用高温条件下还原性气氛或高温、液相反应合成，不仅合成设备昂贵且过程复杂，还对环境污染严重，而且钴碲化合物的形貌上也均是类似的线状或者棒状的生长型结构，难以脱离生长基底，影响了其后续研究和拓展，更加不利于后续的规模化生产。本专利技术创造性地提出一种常温、常压条件下，纳米级钴碲化合物的批量制备方法，并首次将所制备的钴碲化合物应用于锂空气电池正极催化剂的研究。本专利技术制备得到了一种具有纳米颗粒状形貌的钴碲化合物，该颗粒状的纳米材料不同与以往的生长型结构，其能够独立存在，也不必要连同基底，而且粒径尺寸均一，更有利于后续的相关应用和提升应用效果。本专利技术利用固相球磨技术，是通过振动或转动的方式对原料进行撞击或摩擦，在研磨球的冲击、剪切和压缩作用下，实现原料颗粒的小尺寸化、固体合金化、均匀混合的工艺方法。钴原料和碲原料在碰撞过程致使边缘局部温度升高，加速固态离子扩散移动，颗粒微观形貌发生形变，诱导材料组织、结构和性能的变化，提高粉末活性、改善材料分布均匀性，使得钴原料由混合结构先转化为单一结构，最终再与碲生成钴碲化合物。本专利技术提供的固相球磨合成钴碲化合物的方法，技术门槛低，颗粒尺寸均匀，目标产物可调控，产量高，重复性好，在工业生产上具有重要意义，通过机械力诱导引发化学反应实现原子的重新排布，有效的克服了以往合成方法需要高压、高温等问题，是一种高效、节能、易于操作且零污染的化合物制备路线，实现了钴碲化合物的批量、快速合成。而且，本专利技术还首次将钴碲化合物应用于锂空气电池的正极催化材料，取得了较好的催化效果。实验结果表明，本专利技术得到的CoTe和CoTe2的纳米颗粒，粒径尺寸均一，分布范围窄，将其作为锂空气电池的正极催化材料，电池的首圈放电比容量分别为2495mAh/g(CoTe)，3682mAh/g(CoTe2)，循环稳定性好，分别可稳定循环61圈(CoTe)，72圈(CoTe2)。附图说明图1为本专利技术使用的原料钴的X射线粉末衍射谱图；图2为本专利技术使用的原料碲的X射线粉末衍射谱图；图3为本专利技术实施例1制备的钴碲化合物的X射线粉末衍射谱图；图4为本专利技术实施例2制备的钴碲化合物的X射本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钴碲化合物，其特征在于，所述钴碲化合物为具有纳米颗粒状形貌的钴碲化合物；/n所述钴碲化合物包括CoTe和/或CoTe

【技术特征摘要】
1.一种钴碲化合物，其特征在于，所述钴碲化合物为具有纳米颗粒状形貌的钴碲化合物；
所述钴碲化合物包括CoTe和/或CoTe2。


2.根据权利要求1所述的钴碲化合物，其特征在于，所述纳米颗粒包括球形纳米颗粒、方形纳米颗粒和堆积挤压状的不规则形状纳米颗粒中的一种或多种；
所述堆积挤压状的不规则形状纳米颗粒为球形纳米颗粒和/或方形纳米颗粒堆积挤压的不规则形状纳米颗粒；
所述纳米颗粒的粒径为10～70nm。


3.根据权利要求1所述的钴碲化合物，其特征在于，所述钴碲化合物包括钴碲化合物粉末；
所述钴碲化合物由原料钴和原料碲经固相球磨后得到。


4.根据权利要求3所述的钴碲化合物，其特征在于，所述固相球磨的转数大于等于400rpm；
所述固相球磨的时间大于等于1小时；
所述固相球磨的研磨球与钴和碲的混合物的质量比大于等于10：1。


5.根据权利要求3所述的钴碲化合物，其特征在于，具有面心立方密堆积和六方密堆积的混合结构的所述原料钴经固相球磨后，先转化为具有六方密堆积结构的钴，再与原料碲生成钴碲化合物；
所述CoTe包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：张新波，鲍迪，李紫微，郭非凡，钱坤见，
申请(专利权)人：中国科学院长春应用化学研究所，
类型：发明
国别省市：吉林;22