一种Cu-Co-P复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种Cu‑Co‑P复合材料的制备方法，包括以下步骤：将可溶性铜盐和可溶性钴盐溶于水中，进行水热反应，反应结束后经离心、洗涤、干燥，得到Cu‑Co前体；将上述的Cu‑Co前体与次亚磷酸钠混合后在保护气氛下煅烧，得到Cu‑Co‑P复合材料；将复合材料制备成工作电极，用于超级电容器中。与现有技术相比，本发明专利技术通过水热合成了Cu‑Co‑P复合材料，该复合材料含有丰富的中孔和微孔，以达到良好的电化学性能，且复合材料具有制备方法简单，环境友好，大大缩短了合成时间，便于大规模生产高纯度的Cu‑Co‑P复合材料的优点。

A cu-co-p composite material and its preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
一种Cu-Co-P复合材料及其制备方法和应用
本专利技术属于电化学及纳米材料
，尤其是涉及一种Cu-Co-P复合材料及其制备方法与在超级电容器中的应用。
技术介绍
超级电容器具有功率密度高、充放电速度快、循环寿命长等优点，被广泛应用于储能和转换领域。然而，目前可用的SCs的能量密度远远低于典型的锂离子电池。因此，开发高能量密度的新材料用于高性能SCs具有重要意义。众所周知，铜或钴基纳米结构具有丰富的氧化态，可以有效地进行氧化还原电荷转移，从而实现更高的能量密度。与单一的铜或钴基材料相比，二元铜钴基材料具有更好的性能，包括更高的导电性或更突出的电容特性。研究表明，铜钴氧化物、硫化物、硒化物和氢氧化物的电化学性能分别优于相应的单一铜或钴化合物。中国专利CN108325544合成了一种三元Cu-Co-P纳米棒，包括：将硝酸铜、硝酸钴、尿素、氟化铵在水中混合在一起，制得前驱体混合溶液；将基底置于前驱体混合溶液中，并在高压釜中以100～120℃反应480～600分钟，从而在基底上制得CuCo-LDH纳米棒；将干燥后的基底连同CuCo-LDH纳米棒置于盛有次亚磷酸钠的瓷舟中，再转移至管式炉中，以300～350℃加热0.5～2小时，即制得三元Cu-Co-P纳米棒。该专利技术制备时间长，制备步骤较多，限制了其工业应用。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的制备过程复杂、电化学性能有待提高的缺陷而提供一种Cu-Co-P复合材料及其制备方法和应用。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种Cu-Co-P复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将可溶性铜盐和可溶性钴盐溶于水中，进行水热反应，反应结束后经离心、洗涤、干燥，得到Cu-Co前体；(2)将上述的Cu-Co前体与次亚磷酸钠混合后在保护气氛下煅烧，得到Cu-Co-P复合材料。所述的可溶性铜盐为硝酸铜，所述的可溶性钴盐为硝酸钴；所述的可溶性铜盐和可溶性钴盐的摩尔比为1:(0.5-2)。所述的水热反应过程中，温度为150-200℃，时间为6-14h。所述的保护气氛为氮气气氛，所述的煅烧过程中，煅烧温度为300-400℃，煅烧时间为2-4h。所述的干燥为真空干燥，干燥温度为55-65℃，时间为10-14h。所述的次亚磷酸钠与可溶性铜盐的比例为0.01-0.05g：1mol。本专利技术还提供了一种采用上述的制备方法得到的Cu-Co-P复合材料。本专利技术还提供了一种采用上述的制备方法得到的Cu-Co-P复合材料的应用，将所述的复合材料制备成工作电极，用于超级电容器中。所述的工作电极的制备过程为：将所述的复合材料研磨后，与炭黑及聚四氟乙烯混合均匀，之后压合在泡沫镍片上，经干燥后即得到所述的工作电极。工作电极的制备过程中，所述的复合材料、炭黑与聚四氟乙烯的质量比为8:(0.8-1.2):(0.8-1.2)；所述的干燥过程中，温度为50-70℃，时间为10-15h。本专利技术基于磷在Cu-Co磷化物中的电负性低于氧、硫和硒在相应的Cu-Co化合物中的电负性，可以促进电子转移和氧化还原反应这一原理，将Cu-Co-P复合材料作为电极材料。此外，Cu-Co-P作为一种亚金属合金，其固有电导率远远高于其他钴基化合物，Cu-Co-P化合物具有良好的氧化还原活性和导电性，同时，它们具有丰富的自然资源和良好的环境友好性。从复合材料的形貌上看，该复合材料为纳米片，介孔纳米片具有明显的表面积大、电活性位点多、力学稳定性好等优点。利用导电衬底支撑铜-钴-磷复合材料，可以进一步促进电荷转移，提高电极的导电性。本专利技术在制备Cu-Co-P复合材料的过程中，通过Cu-Co前体在煅烧条件下的直接磷酸化反应，制备了Cu-Co-P纳米片的三维网络。优化后的Cu-Co-P纳米片具有相互连接的结构和众多的介孔，被证明是一种优越的储能材料。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：1)本专利技术通过水热法和煅烧法合成了二元Cu-Co-P复合材料，具有众多介孔的Cu-Co-P纳米片相互连接，可以提供大量的表面位置，促进电解质的扩散，保持结构的机械强度和稳定性。2)利用本专利技术中的Cu-Co-P复合材料制备出的工作电极具有高电流密度，用于超级电容器中，有利于电子快速的传输。附图说明图1为实施例1中制得的Cu-Co-P复合材料在20nm下的TEM图；图2为实施例1中制得的Cu-Co-P复合材料在不同扫速下的CV图；图3为实施例2中制得的Cu-Co-P复合材料在不同电流密度下的GCD图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。各实施例中所用的各种原料，如无特殊说明，均为市售。实施例1一种Cu-Co-P复合材料的制备方法，包括以下步骤：首先，将2mmolCu(NO3)2，2mmolCo(NO3)2·6H2O溶于40mL水中，磁力搅拌20min后进行一次水热反应，转移到50mL聚四氟乙烯内衬不锈钢高压釜中，进行第一步水热反应，水热反应温度为180℃，水热反应时间为10h后,将水热后的样品取出冷却，然后离心、洗涤、60℃真空干燥12h，得到Cu-Co前体；然后将上述制得的Cu-Co前体与0.03gNaH2PO4于研钵中研磨混合均匀后，在氮气氛围下煅烧，煅烧温度为350℃，煅烧时间为2h，得到Cu-Co-P复合材料；将该活性材料进行研磨后，与炭黑、聚四氟乙烯按质量比8:1:1混合均匀，压合在泡沫镍片(1cm×1cm)上，在60℃的烘箱中干燥12h，得Cu-Co-P工作电极(记CCP-1)。经辰华CHI760e电化学工作站采用循环伏安法和恒流充放电的方法，采用三电极体系：以CCP-1的泡沫镍片为工作电极、以Ag/AgCl电极为参比电极、以Pt电极为对电极，以2mol/LKOH为电解质溶液。如图1所示，本实施例的Cu-Co-P复合材料的形貌为纳米片，介孔纳米片具有明显的表面积大、电活性位点多、力学稳定性好等优点。检测该复合材料的比电容和循环稳定性能，循环伏安法测试结果如图2所示，表明该复合材料具备优异的氧化还原能力。图2为复合材料在不同扫速下的CV图，可以看出，电压0-0.6V范围内存在对称的氧化还原峰。随着扫描速率的增加，氧化峰和还原峰分别由右向左移动。值得注意的是，循环图像没有变化，而是峰值位置发生了变化。该现象表明，该复合材料具有良好的可逆性和稳定性。在2mol/LKOH溶液中和1A/g的电流密度下，该复合材料的比电容达到了750.5F/g，表明该复合材料具有较高的比电容。实施例2一种Cu-Co-P复合材料的制备方法，包括以下步骤：首先，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种Cu-Co-P复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(1)将可溶性铜盐和可溶性钴盐溶于水中，进行水热反应，反应结束后经离心、洗涤、干燥，得到Cu-Co前体；/n(2)将上述的Cu-Co前体与次亚磷酸钠混合后在保护气氛下煅烧，得到Cu-Co-P复合材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种Cu-Co-P复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将可溶性铜盐和可溶性钴盐溶于水中，进行水热反应，反应结束后经离心、洗涤、干燥，得到Cu-Co前体；
(2)将上述的Cu-Co前体与次亚磷酸钠混合后在保护气氛下煅烧，得到Cu-Co-P复合材料。


2.根据权利要求1所述的一种Cu-Co-P复合材料的制备方法，其特征在于，所述的可溶性铜盐为硝酸铜，所述的可溶性钴盐为硝酸钴；所述的可溶性铜盐和可溶性钴盐的摩尔比为1:(0.5-2)。


3.根据权利要求1所述的一种Cu-Co-P复合材料的制备方法，其特征在于，所述的水热反应过程中，温度为150-200℃，时间为6-14h。


4.根据权利要求1所述的一种Cu-Co-P复合材料的制备方法，其特征在于，所述的保护气氛为氮气气氛，所述的煅烧过程中，煅烧温度为300-400℃，煅烧时间为2-4h。


5.根据权利要求1所述的一种Cu-Co-P复合材料的制备方法，其特征在于，所述的干燥为真空干燥，干...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩生，胡晓敏，马健，刘顺昌，王露露，陈宇凯，孙瑶馨，蒋继波，
申请(专利权)人：上海应用技术大学，
类型：发明
国别省市：上海;31