CN105481025A - 一种多孔氢氧化钴材料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于材料制备技术领域,特别涉及一种多孔氢氧化钴材料的制备方法。所述方法为利用钴盐与有机配体制备金属有机骨架Co-BDC-MOF,将Co-BDC-MOF置于碱液中充分反应,后处理获得所述的多孔氢氧化钴材料。本发明制备出的氢氧化钴材料具有多孔的性质,具有优异的电容性能,并能够拓展应用于例如锂离子电池及催化剂的制备。

Description

一种多孔氢氧化钴材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于材料制备技术领域,特别涉及一种多孔氢氧化钴材料及其制备方法和应用。
背景技术
随着电子工业的发展和石油资源的短缺,新型储能装置受到人们广泛的关注。其中具有高功率密度和优异循环稳定性的超级电容器近年来发展尤为迅速。金属氧化物和氢氧化物因其具有高的理论比容量而备受关注。
氢氧化钴具有高达3460Fg-1的理论比容量,价格低廉,环境友好,可以用作超级电容器电极材料。目前用作超级电容器电极的氢氧化钴的制备方法有沉淀法、水热法、软模板法和电沉积法。Wang和他的课题组利用温和的沉淀法制备花朵形状的氢氧化钴电极材料,在1Ag-1的电流密度下,比电容达到429Fg-1。Yuan的课题组利用软模板的方法制备了具有蒲公英形貌的氢氧化钴材料,其比电容在1.33Ag-1时为325Fg-1。Tan利用水热法制备的氢氧化钴材料在1Ag-1的电流密度下为166.7Fg-1。上述方法的缺点是,软模板、表面活性剂等添加剂的加入使得制备产物中含有较多的添加剂杂质影响材料性能,同时这些方法制备的金属氢氧化钴材料受到方法的限制,通常比电容值不高。Kong电沉积出的氢氧化钴材料在2Ag-1的电流密度下比电容高达1473Fg-1,但电沉积法消耗能量较多且在工业化中存在许多问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种多孔氢氧化钴材料及其制备方法和应用,实现多孔且具有优异性能的氢氧化钴功能材料的制备。
本发明采用的技术方案如下:
一种多孔氢氧化钴材料,制备方法如下:利用钴盐与有机配体制备金属有机骨架Co-BDC-MOF,将Co-BDC-MOF置于碱液中充分反应,后处理获得所述的多孔氢氧化钴材料。
所述钴盐优选氯化钴、硫酸钴、硝酸钴、钴-有机配合物、钴络合物中的一种或几种的混合物。
所述有机配体优选羧酸类、氮杂环类或胺基配体。
所述碱液为NaOH、KOH、铵盐溶液、氨水中的一种或几种的混合物。
所述的碱液浓度为0.01-10mol/L。
Co-BDC-MOF置于过量碱液中进行反应。
所述的充分反应为在搅拌状态下反应0.1-24h。
所述的后处理为将反应后的产物分离并洗涤后于30-70℃干燥,分离出的母液进行回收。
所述多孔氢氧化钴材料在超级电容器电极材料以及锂离子电池负极材料方面有很好的应用。
本发明多孔氢氧化钴材料的制备方法,步骤基本如下:
(1)利用钴盐和有机配体制备具有特定结构的金属有机骨架(MOFs);
(2)将制备的MOFs置于过量的0.01-10M碱液中,搅拌0.1-24h;
(3)分离出产品并回收母液;
(4)产品用蒸馏水洗后30-70℃干燥。
金属有机骨架(MOFs)是一种通过金属离子和有机配体通过配位作用生成的具有一维、二维、三维空间结构的配合物。它的种类有很多,改变金属离子和有机配体的种类甚至是反应的条件,可以制备出具有不同结构的MOFs。本发明公开了一种利用金属有机骨架(MOFs)作为模板制备具有疏松多孔结构的氢氧化钴材料的方法。通过碱处理,将具有特定孔结构的MOFs转化为金属氢氧化物,并保留MOFs模板的部分相貌特点形成具有多孔结构的金属氢氧化物。
MOFs的制备有多种方法,如水热法、超声法、微波法、自然生长法,甚至溶液直接搅拌混合的方法,通过选择合适的制备方法可以实现在极温和的条件下制备功能氢氧化钴材料,节能经济环保从而更适合工业化生产。
本发明制备的氢氧化钴具有疏松多孔的结构,用作超级电容器电极材料时具有优异的电化学容量性能、倍率性能和循环性能。整个制备过程由于有机配体的回收实现环境友好,在整个制备过程中实际消耗的原料为钴盐和碱,可降低生产成本,在超级电容器行业具有非常广阔的市场应用前景。
附图说明
图1为制得的氢氧化钴材料粉末的X射线衍射图,其中的红线为氢氧化钴标准卡片00-001-0357;
图2是制得的氢氧化钴材料的红外图;
图3是制得的氢氧化钴材料在不同扫描速度下循环伏安图;
图4是制得的氢氧化钴材料在不同扫描速度下的比电容对比图。
具体实施方式
以下以具体实施例来说明本发明的技术方案,但本发明的保护范围不限于此:
实施例1
将0.4336gCo(NO3)2·6H2O和0.2508gH2BDC溶于80ml混合溶剂中(DMF:乙醇=4:1)。原料液转入反应釜中120℃水热反应50h。将得到的粉紫色晶体用DMF洗3次后,加入到2M的NaOH溶液中,搅拌1h后分离出棕褐色产物,母液回收。产物用蒸馏水洗3次后烘箱65℃干燥12h。
图1,图2显示所制得的最终产物为氢氧化钴,图4展示了所制得氢氧化钴材料具有优异的电容性能。
实施例2
将0.4336gCo(NO3)2·6H2O和0.2508gH2BDC溶于80ml混合溶剂中(DMF:乙醇=4:1)。原料液转入反应釜中110℃水热反应50h。将得到的粉紫色晶体用DMF洗3次后,加入到2M的NaOH溶液中,搅拌1h后分离出棕褐色产物,母液回收。产物用蒸馏水洗3次后烘箱65℃干燥12h获得氢氧化钴材料。
实施例3
将0.4336gCo(NO3)2·6H2O和0.2508gH2BDC溶于80ml混合溶剂中(DMF:乙醇=4:1)。原料液转入反应釜中120℃水热反应72h。将得到的粉紫色晶体用DMF洗3次后,加入到2M的NaOH溶液中,搅拌1h后分离出棕褐色产物,母液回收。产物用蒸馏水洗3次后烘箱65℃干燥12h获得氢氧化钴材料。
图3为制备出的氢氧化钴材料循环伏安图,显示出明显的赝电容性能。
实施例4
将0.4336gCo(NO3)2·6H2O和0.2508gH2BDC溶于80ml混合溶剂中(DMF:乙醇=4:1)。原料液转入反应釜中120℃水热反应50h。将得到的粉紫色晶体用DMF洗3次后,加入到2M的NaOH溶液中,搅拌3h后分离出棕褐色产物,母液回收。产物用蒸馏水洗3次后烘箱65℃干燥12h获得氢氧化钴材料。
实施例5
将0.4336gCo(NO3)2·6H2O和0.2508gH2BDC溶于80ml混合溶剂中(DMF:乙醇=4:1)。原料液转入反应釜中120℃水热反应50h。将得到的粉紫色晶体用DMF洗3次后,加入到6M的NaOH溶液中,搅拌1h后分离出棕褐色产物,母液回收。产物用蒸馏水洗3次后烘箱65℃干燥12h获得氢氧化钴材料。

Claims (10)

1.一种多孔氢氧化钴材料的制备方法,其特征在于,利用钴盐与有机配体制备金属有机骨架Co-BDC-MOF,将Co-BDC-MOF置于碱液中充分反应,后处理获得所述的多孔氢氧化钴材料。
2.如权利要求1所述的多孔氢氧化钴材料的制备方法,其特征在于,所述的碱液浓度为0.01-10mol/L。
3.如权利要求1所述的多孔氢氧化钴材料的制备方法,其特征在于,所述钴盐为氯化钴、硫酸钴、硝酸钴、钴-有机配合物、钴络合物中的一种或几种的混合物。
4.如权利要求1所述的多孔氢氧化钴材料的制备方法,其特征在于,所述有机配体为羧酸类、氮杂环类或胺基配体。
5.如权利要求1所述的多孔氢氧化钴材料的制备方法,其特征在于,所述的充分反应为在搅拌状态下反应0.1-24h。
6.如权利要求1所述的多孔氢氧化钴材料的制备方法,其特征在于,所述的后处理为将反应后的产物分离并洗涤后于30-70℃干燥。
7.如权利要求1所述的多孔氢氧化钴材料的制备方法,其特征在于,所述碱液为NaOH、KOH、铵盐溶液、氨水中的一种或几种的混合物。
8.权利要求1-7任一制备方法获得的多孔氢氧化钴材料。
9.权利要求8所述多孔氢氧化钴材料在超级电容器电极材料方面的应用。
10.权利要求8所述多孔氢氧化钴材料在锂离子电池负极材料方面的应用。
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