一种快速制备硒化钴@氮掺杂碳复合电极材料的方法技术

本发明专利技术公开了一种快速制备硒化钴@氮掺杂碳复合电极材料的方法，属于材料制备技术领域，该材料以金属有机骨架Co

【技术实现步骤摘要】
一种快速制备硒化钴@氮掺杂碳复合电极材料的方法


[0001]本专利技术属于材料制备
，具体涉及一种快速制备硒化钴@氮掺杂碳复合电极材料的方法。

技术介绍

[0002]随着科技和人类社会工业化进程的快速发展，能源短缺和环境污染日益严重，为了解决环境与化石燃料短缺问题以及适应便携式电子产品、可穿戴设备和电动汽车的迅猛发展的需要，开发更具有竞争力的储能装置显得至关重要。超级电容器因其具有高功率密度、超长使用寿命、快速充放电、高库伦效率等优势而受到广泛研究，其性能在很大程度上取决于电极材料的电化学性能。
[0003]近年来，过渡金属硫族化物因其具有优异的物理化学性能而受到了广泛研究，如过渡金属氧化物、硫化物因具有快速法拉第氧化还原反应、高的理论比容量、低成本和来源广泛等特点在超级电容器应用中展现出不错的性能，然而低电导率与差的循环稳定性限制了其应用。Se与O、S同属于第六主族，他们具有相似的电子结构，因而具有相似的电化学性质。与O和S相比，Se具有更低的电负性、更高的电导率(1
×
10
‑3S m
‑1)，因此过渡金属原子与Se原子间的化学键更弱，过渡金属硒化物具有更高的电化学活性与电导率。但其目前的制备方法主要分为水热法与退火硒化法，这两种方法耗时较长，步骤较为复杂，且退火硒化需要惰性气体保护，对设备要求较高。此外，过渡金属硒化物在充放电过程中易发生体积膨胀，导致其循环稳定性较差。
[0004]金属有机骨架(MOFs)材料是一类由金属节点和有机连结剂自组装形成的晶体材料。其具有比表面积大、结构可控与孔隙度高等优点，且根据不同存储设备的实际需求可通过控制金属节点与有机连结剂实现对其结构性能(如形貌、孔隙等)的调控，因而是一种十分具有前景的电极材料。此外，MOFs材料可以作为自牺牲模板，通过热处理或者化学处理制备各种中空、多孔纳米材料，结果使合成的MOFs衍生材料保持着母体MOFs的结构，有利于提高电极材料的电化学性能。
[0005]基于以上问题，本专利技术公开了一种快速制备硒化钴@氮掺杂碳复合电极材料的方法，以Co
‑
MOF为前驱体，通过微波硒化制备得到最终产物。该方法工艺简单，耗时短，有利于工业化生产，且Co
‑
MOF在微波硒化过程中会形成氮掺杂碳以及多孔结构，有利于提升电极材料的电化学性能，使其在电化学储能领域有着极大的应用前景。

技术实现思路

[0006]专利技术目的：本专利技术提出了一种快速制备硒化钴@氮掺杂碳复合电极材料的方法，该方法制备工艺简单，耗时短，有利于工业化生产，所制备得到的电极材料具有较高的比容量与优异的循环稳定性，在电化学储能领域有着广阔的应用前景。
[0007]技术方案：为实现上述专利技术目的，本专利技术提供一种快速制备硒化钴@氮掺杂碳复合电极材料的方法，包括以下步骤：
[0008](1)将一定量的六水合硝酸钴与2
‑
甲基咪唑分别溶于甲醇溶液中，充分搅拌，形成溶液A和B；
[0009](2)将溶液B快速倒入溶液A中，继续搅拌，室温反应20
‑
24h；
[0010](3)将所得产物进行多次洗涤离心，并放置于真空干燥箱中干燥，得到Co
‑
MOF前驱体粉末；
[0011](4)称量一定质量的Co
‑
MOF前驱体与硒粉置于研钵中不断研磨，使其充分混合，再将混合粉末转移至石英坩埚中，放进微波炉中进行微波反应，得到硒化钴@氮掺杂碳复合电极材料。
[0012]进一步的，所述步骤(1)中加入的六水合硝酸钴与2
‑
甲基咪唑的摩尔比为1/16
‑
1/4，分别溶于50ml
‑
100ml的甲醇溶液中。
[0013]进一步的，所述步骤(3)中真空干燥箱的干燥温度为60
‑
80℃，干燥时间为12
‑
18h。
[0014]进一步的，所述步骤(4)Co
‑
MOF前驱体与硒粉的质量比为1/4
‑
1/2，微波反应时间为2
‑
5min。
[0015]进一步的，所述步骤(4)微波炉加热功率为1000W
‑
1200W，微波吸收剂为石墨粉。
[0016]有益效果：与现有技术相比，本专利技术的有益效果表现在：
[0017]1)Co
‑
MOF在微波硒化过程中会发生孔径变化，孔径由微孔变为介孔，有利于电解液的渗透与扩散，提高了硒化产物的比容量；
[0018]2)Co
‑
MOF在微波硒化过程中会形成氮掺杂碳包覆过渡金属硒化物材料，氮掺杂碳的引入一方面增加了活性位点与电导率，另一方面也缓解了过渡金属硒化物在充放电过程中的体积膨胀，提升了其循环稳定性能；
[0019]3)本专利技术的制备方法简单，耗时短，成本低，有利于工业化生产，在电化学储能领域有着广阔的应用前景。
附图说明
[0020]图1为经过不同微波时间硒化的CoSe2@NC电极材料的XRD图；
[0021]图2为前驱体Co
‑
MOF扫描电子显微镜图；
[0022]图3为经过不同微波时间硒化的CoSe2@NC电极材料扫描电子显微镜图：2min(a,e)，3min(b,f)，4min(c,g)，5min(d,h)；
[0023]图4为CoSe2@NC 2min电极材料的透射电子显微镜图；
[0024]图5为Co
‑
MOF与CoSe2@NC 2min电极材料的氮气等温吸脱附曲线(a)和孔径分布图(b)；
[0025]图6为CoSe2@NC 2min电极材料的XPS图谱：全谱(a)，C 1s(b)，N 1s(c)，Co 2p(d)，Se 3d(e)；
[0026]图7为Co
‑
MOF与经过不同时间微波硒化制备的样品的循环伏安曲线(a)，1A g
‑1电流密度下的恒流充放电曲线(b)，电化学阻抗对比图(c)；
[0027]图8为CoSe2@NC 2min电极材料在5A g
‑1电流密度下经过5000次循环的比容量变化曲线(a)，循环前后的电化学阻抗对比图(b)；
[0028]图9为CoSe2@NC电极材料制备流程示意图。
具体实施方式
[0029]本专利技术提供了一种快速制备硒化钴@氮掺杂碳复合电极材料的方法。首先采用六水合硝酸钴作为钴源，2
‑
甲基咪唑作为有机配体，甲醇作为溶剂在室温下反应，再经多次离心洗涤干燥得到Co
‑
MOF前驱体，再称量一定质量的Co
‑
MOF与硒粉研磨使其混合均匀，通过微波处理制备得到硒化钴@氮掺杂碳复合电极材料，微波时间为2
‑
5min。利用扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)观察样品的形貌，XRD检测复合材料的物相本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种快速制备硒化钴@氮掺杂碳复合电极材料的方法，其特征在于：包括以下步骤：1)将六水合硝酸钴与2
‑
甲基咪唑分别溶于甲醇溶液中，充分搅拌，形成溶液A和B；2)将溶液B倒入溶液A中，继续搅拌，室温反应20
‑
24h；3)将所得产物进行多次洗涤离心，并放置于真空干燥箱中干燥，得到Co
‑
MOF前驱体粉末；4)称量Co
‑
MOF前驱体与硒粉置于研钵中研磨，再将混合粉末放进微波炉中进行微波反应，得到硒化钴@氮掺杂碳复合电极材料。2.根据权利要求1所述的一种快速制备硒化钴@氮掺杂碳复合电极材料的方法，其特征在于：所述的步骤1)中，六水合硝酸钴与2
‑
甲基咪唑的摩尔比为1/16
‑
1/4，分别溶...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭新立，赵建杰，张伟杰，谢航，张政，王艺璇，郑燕梅，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：