一种富含硒/磷空位与异质界面的硒化钴/磷化钴复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术一种富含硒/磷空位与异质界面的硒化钴/磷化钴复合材料及其制备方法和应用，属于材料合成技术领域。本发明专利技术富含硒/磷空位与异质界面的硒化钴/磷化钴复合材料是采用一步电沉积法和硼氢化钠还原法在泡沫镍表面生长富含硒/磷空位与异质界面的硒化钴/磷化钴复合材料。本发明专利技术提出的富含硒/磷空位与异质界面的硒化钴/磷化钴复合材料的制备方法简单易行，该复合材料用于超级电容器电极时，具有较高的比电容和优异的循环稳定性。高的比电容和优异的循环稳定性。高的比电容和优异的循环稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种富含硒/磷空位与异质界面的硒化钴/磷化钴复合材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于材料合成
，具体涉及一种富含硒/磷空位与异质界面的硒化钴/磷化钴复合材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着社会的快速发展，导致了化石燃料等传统能源的枯竭，对可再生能源的开发和新储能技术的革新产生了巨大的需求，其中对超级电容器的研究引起了许多科研工作者的兴趣。超级电容器因具有优异的循环稳定性和快速充放电的特点而受到广泛关注。
[0003]过渡金属氧化物/氢氧化物/硫化物以及导电聚合物已被广泛应用于超级电容器，但是仍然存在稳定性差、离子传输动力学缓慢和比表面积小等问题。因此，迫切需要开发离子扩散距离短、稳定性高的新型材料。硒化钴是一种过渡金属硒化物，因具有较高的理论容量而受到广泛关注。此外，由于硒原子的原子半径比氧和硫大，金属
‑
硒键的键能比金属
‑
氧键和金属
‑
硫键弱，从而提高了硒化钴的化学反应速率。然而，硒化钴中未充分利用的活性位点和电解条件下的固有不稳定性导致硒化钴的电化学性能未能充分体现，这限制了其实用性。因此，为了提高硒化钴的电化学性能，有必要改善快速充放电过程中的电化学反应动力学。
[0004]界面工程是一种改善电极性能的有效方法，通过界面工程构建的异质界面可以改进电子结构和增强电荷转移动力学，从而获得优异的电化学性能。异质界面中不同组分之间的协同效应可以加速电解质离子和电子的扩散和转移，从而进一步提高电极材料的倍率性能和循环稳定性。综上所述，可以将硒化钴与其他过渡金属化合物组合形成异质结构，来改善硒化钴自身的电化学活性。过渡金属磷化物，如磷化钴具有优异的氧化还原活性、高导电性、热稳定性、类金属性和环境友好性，在储能和电催化领域受到广泛关注。特别是以类金属性和高导电性为特征的磷化钴具有相较于其它金属磷化物更优异的倍率性能和循环稳定性。在此，我们构建了硒化钴/磷化钴异质界面，以改变电极材料的结构，从而提高电极材料的电化学性能。
[0005]除上述策略外，缺陷工程也是一种提高过渡金属化合物电化学性能的有效方法。对于过渡金属化合物，阴离子空位充当电子供体位点，在调整材料的电子构型方面发挥着关键作用。一方面，引入到过渡金属化合物中的阴离子空位可以在其禁带区域产生缺陷能级，导致带隙变窄。并且空位缺陷可以作为浅层供体有效地调节电子结构。另一方面，空位缺陷能够改变周围原子的化学环境，并导致它们的配位数减少，从而产生悬空键，这使得周围原子更容易与其他离子结合以获得稳定状态。

技术实现思路

[0006]为了克服上述现有技术中存在的问题，本专利技术的目的在于设计提供一种富含硒/磷空位与异质界面的硒化钴/磷化钴复合材料及其制备方法和应用，该复合材料可用于超
级电容器电极材料。本专利技术蜂巢状的富含硒/磷空位与异质界面的硒化钴/磷化钴复合材料不仅可以促进电子和电解质离子的转移，还结合了硒化钴与磷化钴的高比电容等优异特质。因此，富含硒/磷空位与异质界面的硒化钴/磷化钴复合材料作为超级电容器电极材料具有巨大的潜力。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0008]第一方面，本专利技术提供了一种富含硒/磷空位与异质界面的硒化钴/磷化钴复合材料，采用一步电沉积法和硼氢化钠还原法在泡沫镍表面生长富含硒/磷空位与异质界面的硒化钴/磷化钴复合材料。
[0009]第二方面，本专利技术提供了所述的一种富含硒/磷空位与异质界面的硒化钴/磷化钴复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0010](1)将清洗干净的泡沫镍置于盐酸中进行超声蚀刻，并依次用超纯水和无水乙醇清洗，以去除泡沫镍表面的氧化层，以六水合硝酸钴、二氧化硒、二水合磷酸二氢钠和二水合柠檬酸三钠的混合溶液作为电解液，采用一步电沉积法在泡沫镍表面生长硒化钴/磷化钴复合材料；
[0011](2)将上述步骤(1)中得到的硒化钴/磷化钴复合材料浸没于硼氢化钠溶液中进行还原反应，依次用超纯水和无水乙醇冲洗，干燥，得到富含硒/磷空位与异质界面的硒化钴/磷化钴复合材料。
[0012]所述的制备方法，步骤(1)中所述盐酸的浓度为0.1～1mol L
‑1，优选浓度为0.5mol L
‑1；所述超声的时间为10～20min，优选时间为15min。
[0013]所述的制备方法，所述盐酸的浓度为0.5mol L
‑1，所述超声的时间为15min。
[0014]所述的制备方法，步骤(1)中所述六水合硝酸钴的浓度为0.1～0.5mol L
‑1，二氧化硒的浓度为0.1～0.3mol L
‑1，二水合磷酸二氢钠的浓度为0.1～0.3mol L
‑1，二水合柠檬酸三钠的浓度为0.1～0.3mol L
‑1。
[0015]所述的制备方法，步骤(1)中所述电沉积的时间为100～200s，恒电位为
‑
2.0～
‑
1.0V。
[0016]所述的制备方法，步骤(1)中所述电沉积法采用三电极体系，其中以泡沫镍作为工作电极，以饱和甘汞电极作为参比电极，以铂片作为对电极。
[0017]所述的制备方法，步骤(2)中所述硼氢化钠溶液的浓度为0.5～2mol L
‑1，所述还原反应的时间为10～40s。
[0018]所述的富含硒/磷空位与异质界面的硒化钴/磷化钴复合材料在作为超级电容器电极材料中的应用。
[0019]所述的应用，其特征在于，以所述富含硒/磷空位与异质界面的硒化钴/磷化钴复合材料作为工作电极。
[0020]所述的应用，还包括：以生长在泡沫镍表面的富含硒/磷空位与异质界面的硒化钴/磷化钴复合材料为工作电极，饱和甘汞电极为参比电极，铂片为对电极，2mol L
‑1的KOH为电解液，通过电化学工作站对富含硒/磷空位与异质界面的硒化钴/磷化钴复合材料进行恒电流充放电测试及循环稳定性测试。
[0021]在一些实施例中，所述工作电极与电解液的接触面积为0.1～1cm2，恒电流充放电测试的电压范围为
‑
0.5～0.8V，循环稳定性测试的电流密度为10～20mA cm
‑2。
[0022]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0023]本专利技术运用一步电沉积法将硒化钴与磷化钴生长在泡沫镍表面，硒化钴与磷化钴形成的异质界面可以增强界面电荷转移，加速电化学反应动力学。经硼氢化钠溶液还原后，硒化钴与磷化钴失去阴离子(硒离子与磷离子)，形成空位。硒空位与磷空位的共同调节作用可以增强电极材料的电导率，从而提高复合材料的电化学性能。本专利技术的制备方法简单易行，制得的复合材料用于超级电容器电极时，具有较高的比电容和较好的循环稳定性。
附图说明
[0024]图1为实施例1制备的硒化钴/磷化钴复合材料(A、B)和富含硒/磷空位与异质界面的硒化钴/磷化钴复合材料(C、D)的扫描电镜图，其中(C)的内插图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种富含硒/磷空位与异质界面的硒化钴/磷化钴复合材料，其特征在于，采用一步电沉积法和硼氢化钠还原法在泡沫镍表面生长富含硒/磷空位与异质界面的硒化钴/磷化钴复合材料。2.如权利要求1所述的一种富含硒/磷空位与异质界面的硒化钴/磷化钴复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将清洗干净的泡沫镍置于盐酸中进行超声蚀刻，并依次用超纯水和无水乙醇清洗，以六水合硝酸钴、二氧化硒、二水合磷酸二氢钠和二水合柠檬酸三钠的混合溶液作为电解液，采用一步电沉积法在泡沫镍表面生长硒化钴/磷化钴复合材料；(2)将上述步骤(1)中得到的硒化钴/磷化钴复合材料浸没于硼氢化钠溶液中进行还原反应，依次用超纯水和无水乙醇冲洗，干燥，得到富含硒/磷空位与异质界面的硒化钴/磷化钴复合材料。3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述盐酸的浓度为0.1～1mol L
‑1，优选浓度为0.5mol L
‑1；所述超声的时间为10～20min，优选时间为15min。4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述盐酸的浓度为0.5mol L
‑1，所述超声的时间为15min。5.如权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：孔泳，吴兴月，李俊瑶，蔡文蓉，吴大同，
申请(专利权)人：常州大学，
类型：发明
国别省市：