一种CeO2/CuCo2S4@NF复合材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术涉及一种CeO2/CuCo2S4@NF复合材料及其制备方法与应用，该复合材料采用以下制备方法制备得到：(1)取铈源、氟化铵、尿素分散于去离子水中，然后加入泡沫镍，经水热、洗涤、干燥得到CeO2@NF材料；(2)取钴源、铜源以及硫源分散于水中，得到铜钴硫水溶液，然后以铜钴硫水溶液作为电解液，以所得CeO2@NF材料、Ag/AgCl电极以及铂电极分别作为工作电极、参比电极、对电极，经电沉积、洗涤、干燥得到目的产物。本发明专利技术复合材料可作为工作电极用于超级电容器。与现有技术相比，本发明专利技术复合材料比电容较高，制备方法较简单，适合规模化生产。适合规模化生产。适合规模化生产。

【技术实现步骤摘要】
一种CeO2/CuCo2S4@NF复合材料及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于超级电容器
，涉及一种CeO2/CuCo2S4@NF复合材料及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]全球能源危机及其相关的环境问题引起了对清洁的、经济的可持续能源的迫切需求。超级电容器作为目前最有应用前景的电化学储能器件而被广泛研究，根据电化学储能原理不同，超级电容器的电极材料分为双电层电极材料和赝电容电极材料。一般来说，双电层电极材料的电导率高、充放电速度快、电化学稳定性较好，但是电容量较小。而赝电容电极材料的电容性能较好，能量密度高，但存在充放电速率较低、稳定性较差的缺点。故将上述两种材料复合，结合二者的优点，尤其是选用纳米材料，利用其协同效应是目前的研究热点。
[0003]基于超级电容器在生产和应用方面还存在着一系列问题。第一，复合电极材料制备工艺复杂；第二，复合材料种类单一，微纳结构不利于金属离子嵌入，从而导致电容性能受到影响。
[0004]CeO2在传统的超级电容器应用中，能量密度较低，且没有相对规整的形貌。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的就是为了提供一种CeO2/CuCo2S4@NF复合材料及其制备方法与应用，以克服现有技术中复合电极材料制备工艺复杂、CeO2能量密度较低或无规整形貌等缺陷。
[0006]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0007]本专利技术的技术方案之一提供了一种CeO2/CuCo2S4@NF复合材料的制备方法，该方法包括以下步骤：
[0008](1)取铈源、氟化铵、尿素分散于去离子水中，然后加入泡沫镍(NF)，经水热、洗涤、干燥得到CeO2@NF材料；
[0009](2)取钴源、铜源以及硫源分散于水中，得到铜钴硫水溶液，然后以铜钴硫水溶液作为电解液，以所得CeO2@NF材料、Ag/AgCl电极以及铂电极分别作为工作电极、参比电极、对电极，经电沉积、洗涤、干燥得到目的产物。
[0010]进一步的，步骤(1)中，所述铈源为六水合硝酸铈。
[0011]更进一步的，所述六水合硝酸铈、氟化铵、尿素的摩尔比为1：1：4。
[0012]更进一步的，泡沫镍的尺寸为1cm
×
1cm
×
0.5mm，对应加入的六水合硝酸铈、去离子水的量分别为(1
‑
2)mmol、20ml。
[0013]进一步的，步骤(1)中，水热温度为100℃，水热时间为6
‑
8h。
[0014]进一步的，步骤(2)中，所述钴源为六水合硝酸钴，所述铜源为六水合硝酸铜，所述硫源为硫脲。
[0015]更进一步的，所述六水合硝酸钴、六水合硝酸铜以及硫脲的摩尔比为2：1：4。
[0016]更进一步的，CeO2@NF材料的尺寸为1cm
×
1cm
×
0.5mm，对应添加的六水合硝酸钴、去离子水的量分别为(2
‑
4)mmol、15ml。
[0017]进一步的，步骤(2)中，电沉积过程中，温度为25℃，电压为
‑
1.2
‑
0.2V，扫描速率为5mV/s，扫描周期为15个。
[0018]进一步的，洗涤过程为：
[0019]使用水与乙醇溶液交替洗涤，总洗涤次数不少于2次，且不多于4次。
[0020]进一步的，干燥为真空干燥，真空干燥的温度为60
‑
90℃，干燥时间为8
‑
24h。
[0021]本专利技术的技术方案之二提供了一种CeO2/CuCo2S4@NF复合材料，该复合材料由上述制备方法制备得到。
[0022]本专利技术的技术方案之三提供了上述复合材料的应用，该复合材料可作为工作电极用于超级电容器。
[0023]过渡金属硫化物具有优异的电化学活性、热稳定性和较小的电阻。硫原子的电负性比氧原子低，因此生成的硫化物具有更稳定的微观结构，这有利于电子传输。此外，两种金属之间存在协同作用，并且会发生大量氧化还原反应，因此二元金属硫化物比单一金属硫化物具有更好的电化学性能。
[0024]本专利技术通过简易快捷的方法制备的CeO2/CuCo2S4@NF复合材料，并组装得到高性能的赝电容全固态超级电容器，具有很高的研究意义和商业价值。
[0025]本专利技术方法制备工艺简单，成本低，能实现赝电容电极材料在纳米层次上的结构设计，使稀土铈材料的优势得到充分发挥，获得综合性能优异的基于二氧化铈的全固态超级电容器。
[0026]本专利技术通过控制原料比使CeO2/CuCo2S4@NF复合材料具有良好的形貌，并且该CeO2/CuCo2S4@NF复合材料的电化学性能和循环性能十分优异，克服了传统CeO2超级电容器的能量密度低的问题。
[0027]本专利技术CeO2/CuCo2S4@NF复合材料制备过程中，所用尿素作为碱性试剂，为反应提供碱源；溶液的pH值对介孔相的生成起关键作用，尤其对介孔材料孔道形状、排列特征均有较大的影响。本专利技术以氟化铵作为表面活性剂，在铵盐作用的碱性条件下，阳离子表面活性剂在一定的温度下，在泡沫镍表面调控出六方形氧化铈纳米片形貌。温度设置为100℃，是因为温度会影响形成的结构和数量，进而影响氧化铈的材料的比表面积。在氧化铈纳米片制备过程中，铈源的浓度、反应溶液的pH值、反应时间以及反应温度都会影响到材料的合成，导致形成有序或无序、高低比表面积的氧化铈。
[0028]在CeO2纳米片表面通过电沉积法生长一层小纳米薄片，该纳米薄片主要成分是CuCo2S4。在电沉积过程中主要涉及的氧化还原反应方程式如下：
[0029][0030][0031][0032]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0033](1)本专利技术以CeO2作为前驱体，用CuCo2S4改性，使最终产物CeO2/CuCo2S4@NF复合材料既有电极材料规整和统一的结构，又有硫化物的大比表面积，从根本上提高了材料的比电容，本专利技术复合材料在能量储存领域应用前景广阔；
[0034](2)本专利技术的制备方法简单，成本低，适合规模化生产。
附图说明
[0035]图1为实施例1得到的CeO2/CuCo2S4@NF复合材料的透射电镜图；
[0036]图2为实施例1得到的CeO2/CuCo2S4@NF复合材料的CV图；
[0037]图3为实施例1得到的CeO2/CuCo2S4@NF复合材料的GCD图；
[0038]图4为实施例1得到的CeO2/CuCo2S4@NF复合材料的EIS图。
具体实施方式
[0039]下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。本实施例以本专利技术技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。
[0040]以下各实施例中，如无特别说明的原料或处理技术，则表明所采用的均为本领域的常规市售原料产品或常规本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种CeO2/CuCo2S4@NF复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)取铈源、氟化铵、尿素分散于去离子水中，然后加入泡沫镍，经水热、洗涤、干燥得到CeO2@NF材料；(2)取钴源、铜源以及硫源分散于水中，得到铜钴硫水溶液，然后以铜钴硫水溶液作为电解液，以所得CeO2@NF材料、Ag/AgCl电极以及铂电极分别作为工作电极、参比电极、对电极，经电沉积、洗涤、干燥得到目的产物。2.根据权利要求1所述的一种CeO2/CuCo2S4@NF复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述铈源为六水合硝酸铈。3.根据权利要求2所述的一种CeO2/CuCo2S4@NF复合材料的制备方法，其特征在于，所述六水合硝酸铈、氟化铵、尿素的摩尔比为1：1：4。4.根据权利要求3所述的一种CeO2/CuCo2S4@NF复合材料的制备方法，其特征在于，泡沫镍的尺寸为1cm
×
1cm
×
0.5mm，对应加入的六水合硝酸铈、去离子水的量分别为(1
‑
2)mmol、20ml。5.根据权利要求1所述的一种CeO2/CuCo2S4@NF复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，水热温度为100℃，水热时间为6<...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋继波，王云云，黄星，孙冉，李雨露，陈晓敏，周少博，魏影，李婷婷，李明晶，丛海山，唐佳斌，韩生，
申请(专利权)人：上海应用技术大学，
类型：发明
国别省市：