CN108455685A - 一种N/Co3O4多孔复合材料的制备方法 - Google Patents

一种N/Co3O4多孔复合材料的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108455685A
CN108455685A CN201810186071.3A CN201810186071A CN108455685A CN 108455685 A CN108455685 A CN 108455685A CN 201810186071 A CN201810186071 A CN 201810186071A CN 108455685 A CN108455685 A CN 108455685A
Authority
CN
China
Prior art keywords
preparation
composite porous
thermal reaction
solvent thermal
nitrogen
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201810186071.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108455685B (zh
Inventor
韩生
陈静
韦焕明
薛原
蔺华林
陈海军
卢德力
蒋继波
黄燕山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Institute of Technology
Original Assignee
Shanghai Institute of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai Institute of Technology filed Critical Shanghai Institute of Technology
Priority to CN201810186071.3A priority Critical patent/CN108455685B/zh
Publication of CN108455685A publication Critical patent/CN108455685A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108455685B publication Critical patent/CN108455685B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G51/00—Compounds of cobalt
    • C01G51/04—Oxides; Hydroxides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/01—Particle morphology depicted by an image
    • C01P2004/03—Particle morphology depicted by an image obtained by SEM
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/80—Particles consisting of a mixture of two or more inorganic phases
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/12—Surface area
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/16—Pore diameter
    • C01P2006/17—Pore diameter distribution
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/40—Electric properties

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)

Abstract

本发明公开了一种N/Co3O4多孔复合材料的制备方法。本发明的方法具体步骤如下：(1)首先将钴源与含氮聚合物按比例分散于乙醇中，然后进行溶剂热反应；(2)溶剂热反应结束后，将得到的产物干燥，并在空气中进行热处理；(3)将热处理后样品洗涤、干燥，得到N/Co3O4多孔复合材料。本发明反应条件温和、制备方法简单。制备得到的N/Co3O4多孔复合材料具有优异的孔道结构和高的比表面积，可以广泛应用于催化、锂离子电池、超级电容器领域。

Description

一种N/Co3O4多孔复合材料的制备方法
技术领域
本发明属于无机纳米材料和复合材料技术领域，具体的说，涉及一种N/Co3O4多孔复合材料的制备方法。
背景技术
近些年来，人们越来越关注锂离子电池、超级电容器等新型的储能器件，由于其性能在很多方面比传统电池要好，例如大的功率密度、长循环寿命、不污染环境等，因此开展关于超级电容器的理论研究和应用方面的工作具有重要的意义。
活性碳等价格便宜但电极内阻较大，Ru等贵重金属氧化物电极材料比电容量非常高，性能优越，但价格昂贵，并且贵金属易对环境造成污染，令其使用受到了限制；导电聚合物电容器也具有较高的功率密度，但由于其聚合物一般材料的本体较大，因此其比电容相对较低。所以近年来寻找新的价格便宜且比电容大的电极材料是研究的热点。
过渡金属氧化物(如Fe3O4、Co3O4和NiO等)具有较高的理论比容量，是石墨的两倍多。在众多过渡金属氧化物中，Co3O4因其高的理论比容量(890mAh g-1)、成本低并且资源丰宫等优点，吸引了研究者们的广泛研究兴趣。然而Co3O4导电性较差，且在充放电过程中随着裡离子的嵌入与脱出，不可避免的伴随着体积变化，使得电极材料发生粉化、开裂，导致电极材料的循环性能差，容量衰减大。为了改善其性能，目前常用的方法是对 Co3O4形貌进行调控或与碳基材料进行复合。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种N/Co3O4多孔复合材料的制备方法。本发明制备方法简单，得到的N/Co3O4多孔复合材料用作电极材料，具有良好的电化学性能。
本发明的技术方案具体介绍如下。
本发明提供一种N/Co3O4多孔复合材料的制备方法，具体步骤如下：
(1)首先将钴源与含氮聚合物按比例分散于乙醇中，然后进行溶剂热反应；
(2)溶剂热反应结束后，将得到的产物干燥，并在空气中进行热处理；
(3)将热处理后样品洗涤、干燥，得到N/Co3O4多孔复合材料。
本发明中，步骤(1)中，钴源为乙酸钴，含氮聚合物为聚四乙烯基吡啶。
本发明中，步骤(1)中，钴源与含氮聚合物的质量比为1：1-1：4。
本发明中，步骤(1)中，溶剂热反应温度为145-165℃，溶剂热反应时间为4-8h。
本发明中，步骤(2)中，热处理温度为350-450℃，热处理时间为1-3h。
本发明中，步骤(3)中，采用真空干燥方式进行干燥，温度为55-65℃。步骤(3) 中，用水洗涤，洗涤的目的在于除去金属无机盐级杂质。
本发明中，得到的N/Co3O4多孔复合材料的比表面积在105-141m2/g之间，材料中的氮的质量含量分别为5.4～8.1％。
和现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：
1、本发明通过溶剂热反应和高温碳化方法N/Co3O4多孔复合材料，方法简便。
2、本发明的方法制备出的N/Co3O4多孔复合材料具有优异的孔道结构，并含有高的氮含量，在超级电容器、锂离子电池等领域具有广泛的应用前景。
附图说明
图1是实施例1得到的N/Co3O4多孔复合材料的电镜图。
图2是实施例1得到的N/Co3O4多孔复合材料氮气吸附-脱附曲线图。
图3是实施例1得到的N/Co3O4多孔复合材料的平均孔径分布图。
图4是实施例1得到的N/Co3O4多孔复合材料的电化学充放电图。
具体实施方式
下面的实施例可以使本专业技术人员更全面地理解本发明，但不以任何形式限制本发明。
实施例1
一种N/Co3O4多孔复合材料的制备方法，包括以下步骤：首先将0.2g乙酸钴与0.2g聚四乙烯基吡啶分散于25ml乙醇中，然后在150℃下进行溶剂热反应，反应时间为6h；反应结束后，将得到的产物干燥，然后将干燥后的样品在空气中进行的高温炭化，碳化温度为420℃，碳化时间为2h，待样品冷却后用去离子水将其洗涤，60℃真空干燥得到N/Co3O4多孔复合材料。经由贝士德3H-2000PM2高性能比表面及微孔径分析仪测试其氮气吸脱附性能，得出该碳材料的比表面积为141m2/g，材料中的氮的质量含量由XPS测得为7.1％。图1为该实施例1得到的N/Co3O4多孔复合材料的电镜扫描图，由图可以看出，该材料形貌蓬松，内有大量孔隙分布穿插。图2为该材料的氮气吸脱附曲线，是典型的大孔结构特征。图3为孔径分布曲线，从图可以看出，该材料孔径主要分布在1nm和2.5nm，是良好的微孔-大孔多级孔碳材料，孔径分布集中而均一。图4为电化学充放电图，该材料倍率性能良好，经由公式C＝IΔt/(mV)计算，可得出其电容量为1112F/g。
实施例2
一种N/Co3O4多孔复合材料的制备方法，包括以下步骤：首先将0.2g乙酸钴与0.4g聚四乙烯基吡啶分散于25ml乙醇中，然后在160℃下进行溶剂热反应，反应时间为4h；反应结束后，将得到的产物干燥，然后将干燥后的样品在空气中进行的高温炭化，碳化温度为450℃，碳化时间为1h，待样品冷却后用去离子水将其洗涤，60℃真空干燥得到N/Co3O4多孔复合材料。该碳材料的比表面积为121m2/g，材料中的氮的质量含量为5.4％。
实施例3
一种N/Co3O4多孔复合材料的制备方法，包括以下步骤：首先将0.2g乙酸钴与0.8g聚四乙烯基吡啶分散于25ml乙醇中，然后在150℃下进行溶剂热反应，反应时间为8h；反应结束后，将得到的产物干燥，然后将干燥后的样品在空气中进行的高温炭化，碳化温度为350℃，碳化时间为3h，待样品冷却后用去离子水将其洗涤，60℃真空干燥得到N/Co3O4多孔复合材料。该碳材料的比表面积为105m2/g，材料中的氮的质量含量为8.1％。
实施例4
一种N/Co3O4多孔复合材料的制备方法，包括以下步骤：首先将0.2g乙酸钴与0.6g聚四乙烯基吡啶分散于25ml乙醇中，然后在150℃下进行溶剂热反应，反应时间为6h；反应结束后，将得到的产物干燥，然后将干燥后的样品在空气中进行的高温炭化，碳化温度为400℃，碳化时间为2h，待样品冷却后用去离子水将其洗涤，60℃真空干燥得到N/Co3O4多孔复合材料。该碳材料的比表面积为117m2/g，材料中的氮的质量含量为7.4％。
实施例5
一种N/Co3O4多孔复合材料的制备方法，包括以下步骤：首先将0.2g乙酸钴与0.25g聚四乙烯基吡啶分散于25ml乙醇中，然后在140℃下进行溶剂热反应，反应时间为5h；将得到的产物干燥，然后将干燥后的样品在空气中进行的高温炭化，碳化温度为380℃，碳化时间为3h，待样品冷却后用去离子水将其洗涤，60℃真空干燥得到N/Co3O4多孔复合材料。该碳材料的比表面积为136m2/g，材料中的氮的质量含量为7.3％。

Claims (7)

1.一种N/Co3O4多孔复合材料的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
(1)首先将钴源与含氮聚合物按比例分散于乙醇中，然后进行溶剂热反应；
(2)溶剂热反应结束后，将得到的产物干燥，并在空气中进行热处理；
(3)将热处理后样品洗涤、干燥，得到N/Co3O4多孔复合材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，钴源为乙酸钴，含氮聚合物为聚四乙烯基吡啶。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，钴源与含氮聚合物的质量比为1：1-1：4。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，溶剂热反应温度为145-165℃，溶剂热反应时间为4-8h。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，热处理温度为350-450℃，热处理时间为1-3h。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，采用水洗涤；采用真空干燥方式进行干燥，温度为55-65℃。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，制得的N/Co3O4多孔复合材料的比表面积在105-141m2/g之间，材料中的氮的质量含量分别为5.4～8.1％。
CN201810186071.3A 2018-03-07 2018-03-07 一种N/Co3O4多孔复合材料的制备方法 Active CN108455685B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810186071.3A CN108455685B (zh) 2018-03-07 2018-03-07 一种N/Co3O4多孔复合材料的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810186071.3A CN108455685B (zh) 2018-03-07 2018-03-07 一种N/Co3O4多孔复合材料的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108455685A true CN108455685A (zh) 2018-08-28
CN108455685B CN108455685B (zh) 2020-01-31

Family

ID=63219746

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810186071.3A Active CN108455685B (zh) 2018-03-07 2018-03-07 一种N/Co3O4多孔复合材料的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108455685B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111193036A (zh) * 2019-07-22 2020-05-22 杭州电子科技大学 一种氮掺杂碳负载四氧化三钴颗粒催化剂的两步法制备方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101249952A (zh) * 2008-03-27 2008-08-27 上海交通大学 利用生物质模板制备自掺杂氮分级多孔氧化物的方法
CN105244175A (zh) * 2015-09-21 2016-01-13 福州大学 一种氮掺杂石墨烯/四氧化三钴纳米复合材料

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101249952A (zh) * 2008-03-27 2008-08-27 上海交通大学 利用生物质模板制备自掺杂氮分级多孔氧化物的方法
CN105244175A (zh) * 2015-09-21 2016-01-13 福州大学 一种氮掺杂石墨烯/四氧化三钴纳米复合材料

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
MINGHAO YU ET AL.: "Nitrogen-Doped Co3O4 Mesoporous Nanowire Arrays as an Additive-Free Air-Cathode for Flexible Solid-State Zinc–Air Batteries", 《ADV. MATER.》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111193036A (zh) * 2019-07-22 2020-05-22 杭州电子科技大学 一种氮掺杂碳负载四氧化三钴颗粒催化剂的两步法制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN108455685B (zh) 2020-01-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109012590B (zh) 一种木质素基过渡金属-氮掺杂碳材料及其制备和应用
Senthilkumar et al. Electric double layer capacitor and its improved specific capacitance using redox additive electrolyte
CN109243853B (zh) 一种采用双模板制备高比容量纳米复合材料的方法
Yin et al. A nickel foam supported copper core/nickel oxide shell composite for supercapacitor applications
CN104445144A (zh) 一种氮硫双掺杂介孔碳电极材料、制备方法及应用
CN103500822B (zh) 炭改性纳米Li4Ti5O12与多孔石墨烯复合电极材料的制备方法
CN108962632B (zh) 一种石墨烯/氮掺杂碳/镍/氧化镍复合材料制备方法
CN108711518B (zh) 氮氧共掺杂多孔碳纳米带及其制备方法和应用
CN103903873B (zh) 一种全赝电容超级电容器
CN104071768B (zh) 孔径分级分布的部分石墨化多孔碳电极材料及其制备方法
CN109192523B (zh) 一种Ni(OH)2/多层石墨烯复合材料的制备方法
CN102290253B (zh) 一种碳包覆纳米过渡金属氧化物及其制备方法
CN104576077A (zh) 一种石墨烯/木质素基活性炭的制备方法及在超级电容器中的应用
CN104599861A (zh) 一种石墨烯/木质素基活性炭的制备方法
Zhou et al. Mn3O4 nanoparticles on activated carbonitride by soft chemical method for symmetric coin cell supercapacitors
CN108198701B (zh) 一种四氧化三钴/碳复合电极材料、制备方法及其应用
CN110078130B (zh) 一种中空结构铁基化合物的制备方法及其作为超级电容器负极材料的应用
CN111710530A (zh) 一种低阶煤基多孔碳制备方法及在超级电容器中的应用
CN111146017A (zh) 一种耐高压石墨烯/活性炭电极材料及其制备方法及其应用
CN104078247B (zh) 复合电极材料三氧化二钒/碳、超级电容器及其制备方法
CN106710891B (zh) 一种NiCo2O4/活性炭复合材料的制备方法
CN113496823B (zh) 对称杂化超级电容器及其应用
CN113072066B (zh) 一种多孔碳材料及其制备方法与超级电容器
Wang et al. Co2SiO4/CoO heterostructure anchored on graphitized carbon derived from rice husks with hierarchical pore as electrode material for supercapacitor
Zhang et al. Na+ intercalated manganese dioxide/MOF-derived Nanoporous carbon hybrid electrodes for supercapacitors with high rate performance and cyclic stability

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract
EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract

Application publication date: 20180828

Assignee: Shanghai Carpenter Eagle Technology Co.,Ltd.

Assignor: SHANGHAI INSTITUTE OF TECHNOLOGY

Contract record no.: X2022310000113

Denomination of invention: A kind of preparation method of N/Co3O4porous composite material

Granted publication date: 20200131

License type: Common License

Record date: 20220920