CN108492909A - 单晶结构Co3O4纳米线阵列纤维状电极材料及其制备方法 - Google Patents

单晶结构Co3O4纳米线阵列纤维状电极材料及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108492909A
CN108492909A CN201810331635.8A CN201810331635A CN108492909A CN 108492909 A CN108492909 A CN 108492909A CN 201810331635 A CN201810331635 A CN 201810331635A CN 108492909 A CN108492909 A CN 108492909A
Authority
CN
China
Prior art keywords
wire
nano
mono
crystalline structures
wire array
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
CN201810331635.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108492909B (zh
Inventor
官群
王斌
程建丽
李永鹏
周静雯
李寅川
王转培
杨杰
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.)
Institute of Chemical Material of CAEP
Original Assignee
Institute of Chemical Material of CAEP
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 Institute of Chemical Material of CAEP filed Critical Institute of Chemical Material of CAEP
Priority to CN201810331635.8A priority Critical patent/CN108492909B/zh
Publication of CN108492909A publication Critical patent/CN108492909A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108492909B publication Critical patent/CN108492909B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B1/00—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
    • H01B1/06—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of other non-metallic substances
    • H01B1/08—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of other non-metallic substances oxides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/16—Oxides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B13/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing conductors or cables
    • H01B13/0016—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing conductors or cables for heat treatment
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B5/00—Non-insulated conductors or conductive bodies characterised by their form
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B5/00—Non-insulated conductors or conductive bodies characterised by their form
    • H01B5/002—Auxiliary arrangements

Abstract

本发明公开了单晶结构Co3O4纳米线阵列纤维状电极材料的制备方法，包括：取金属丝，清洗；置于空气气氛下进行低温预处理；称量一定量的醋酸钴，搅拌溶于无水乙醇中，得到粉色的混合溶液；将金属丝，低温下浸泡于混合溶液一定时间，取出，去离子水洗净，烘干；将金属丝置于六水硝酸钴，氟化铵和尿素的混合溶液中，反应得到负载有钴离子纳米线阵列的金属丝；于空气气氛下，煅烧，得到单晶结构的Co3O4纳米线阵列纤维电极材料。本发明还提供了具有单晶结构的Co3O4纳米线阵列纤维状电极材料。本发明的金属丝具有很好的柔韧性、机械性能和拉伸性能，满足可穿戴电子设备的需求。

Description

单晶结构Co3O4纳米线阵列纤维状电极材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及到一种电极材料及其制备方法，具体涉及一种单晶结构Co3O4纳米线阵列纤维状电极材料及其制备方法，属于储能材料制备领域。
背景技术
当前，电子产品已经是人们生活中不可缺少的一部分，随着电子产品的迅猛发展，开发高能量密度、高功率密度、高电压与长循环的储能设备已迫在眉睫。传统的储能设备具有体积庞大、质量重及循环寿命短等缺陷，与人们追求轻便的、优异的柔韧性、易携带的电子设备背道而驰。而可穿戴柔性储能设备具有微型化、柔性化、轻质化等优势，受到人们大力发展。
纤维状电极材料在可穿戴柔性储能设备中扮演着不可替代的作用，决定了整个可穿戴柔性储能器件的电化学性能。其中，Co3O4可应用于各种储能设备的电极材料，具有高理论容量、高能量密度受到很多研究者的关注。但是，由于Co3O4导电性差、体积膨胀较大、循环寿命短等缺陷，限制了其发展。
为了解决上述问题，可采用以下几种策略：1.利用导电性好的纤维材料做为基底，将Co3O4原位铆钉在其表面，得到导电性好的复合电极材料；2.设计一种三维阵列结构，为充放电过程提供足够的体积膨胀空间，增强材料的结构稳定性；3.元素掺杂，造成一些晶格缺陷，提高导电性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有单晶结构的Co3O4纳米线阵列纤维状电极材料，实现循环性能好、倍率性能好、能量密度高与功率密度高。
本发明是这样实现的：
一种具有单晶结构的Co3O4纳米线阵列纤维状电极材料，采用金属丝(包括镍丝、钛丝、铜丝等)做为电极材料的导电集流体，其中电极材料是利用金属丝的氧化层为钴离子提供成核位点，调控其生长速率，四氧化三钴原位铆钉在金属丝表面，得到的具有单晶结构的Co3O4纳米线阵列纤维状电极材料。
本发明中，金属丝表面易形成氧化层，一方面可以在充放电过程中提供一定缓冲空间，有利于提高电化学性能的稳定性；另外一方面，在溶剂热反应过程中，金属丝表面的氧化层可以调控钴离子成核位点，起到一定的铆钉作用，提高电极材料结构稳定性。
在溶剂热反应过程中，通过温度和缓冲液浓度调控，钴离子发生有序的自组装反应，形成了具有单晶结构的Co3O4纳米线阵列均匀负载在金属丝表面，该纳米线阵列长1～5μm，直径为100～300nm。
本发明还提供了单晶结构Co3O4纳米线阵列纤维状电极材料的制备方法，包括如下步骤：
a.取一定量金属丝，分别用丙酮、无水乙醇和去离子水清洗；
b.将步骤a所得到的金属丝，置于空气气氛下进行低温预处理；
c.称量一定量的醋酸钴，搅拌溶于无水乙醇中，得到粉色的混合溶液；
d.将步骤b得到的金属丝，低温下浸泡于步骤c中的混合溶液一定时间，取出，去离子水洗净，烘干；
e.按照一定比例分别称取六水硝酸钴，氟化铵和尿素，加入去离子水与无水乙醇，搅拌至完全溶解，得到混合溶液；
f.取步骤d得到的金属丝，置于步骤e中的混合溶液中，加入反应釜中一定温度下反应一段时间，得到负载有钴离子纳米线阵列的金属丝；
g.步骤f得到的金属丝，于空气气氛下，煅烧，得到单晶结构的Co3O4纳米线阵列纤维电极材料。
上述步骤a中的金属丝为镍丝，铝丝，钛丝，铜丝中的一种，金属丝的直径应为50um～500um,清洗的溶剂为丙酮、无水乙醇和去离子水，清洗方式可以为超声或震荡方法的一种。
上述步骤b低温预处理温度为100～300℃，处理时间为5min～2h。
上述步骤c中所述的四水醋酸钴溶液，其浓度应为1～10mg/mL。
上述步骤d中金属丝浸泡于四水醋酸钴的溶液中，浸泡的温度应为-10℃六水硝酸钴，氟化铵和尿素30℃，浸泡的时间为10～48h。
上述步骤e中六水硝酸钴、氟化铵与尿素的摩尔比为1:1:1～3:1:3，六水硝酸钴浓度为0.5mg/mL～2mg/mL,去离子水与无水乙醇的体积比为20:1～1:1。
上述步骤f中反应温度为85～180℃，保温时间为1～24h。
上述步骤g中空气中煅烧，其煅烧温度应为180～500℃，升温速率为1～10℃/min，煅烧时间应为1～10h。
本方法组装的单晶结构的Co3O4纳米线阵列纤维电极材料制备方法具有以下特点：
采用绿色、简单方法，制备得到单晶结构的Co3O4纳米线阵列纤维电极材料。选择导电金属丝做为Co3O4纳米线阵列的基底，一方面金属丝表面易形成氧化层，可以调控钴离子成核位点，起到一定的铆钉作用，提高电极材料结构稳定性；另外一方面，氧化层可以在充放电过程中提供一定缓冲空间，有利于提高电化学性能的稳定性；此外，金属丝具有很好的柔韧性、机械性能和拉伸性能，满足可穿戴电子设备的需求。
附图说明
图1为单晶结构的Ni@Co3O4纳米线阵列纤维状电极材料的XRD图。
图2为单晶结构的Ni@Co3O4纳米线阵列纤维状电极材料的SEM图。
图3为单晶结构的Ni@Co3O4纳米线阵列纤维状电极材料的TEM、HRTEM和SAED图。
图4为单晶结构的Ni@Co3O4纳米线阵列纤维状电极材料的倍率性能图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，一下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例一
取200μm Ni丝3cm,先用无水乙醇超声清洗，烘干，置于空气气氛中200℃煅烧10min，得到表面有NiO层的Ni丝。取0.8g四水醋酸锌溶于500mL无水乙醇中，得到粉色的混合溶液，将上述Ni丝溶于此溶液中，于-5℃下浸泡24h，取出，烘干。取0.15g六水硝酸钴,0.06g氟化铵和0.15g尿素，搅拌溶于50mL的去离子水与无水乙醇混合液中，其中去离子水与无水乙醇体积比为15:1，将上述烘干得到的Ni丝垂直置于反应釜中，120℃保温10h,反应完成后取出Ni丝，用无水乙醇和去离子水清洗，烘干，置于空气气氛下，以1℃/min升温速率，300℃煅烧2小时，得到Ni@Co3O4纳米纤维阵列的电极材料。
实施例二
取300μm Ni丝3cm,先用无水乙醇超声清洗，烘干，置于空气气氛中200℃煅烧5min，得到表面有NiO层的Ni丝。取1.6g四水醋酸锌溶于500mL无水乙醇中，得到粉色的混合溶液，将上述Ni丝溶于此溶液中，于-10℃下浸泡12h，取出，烘干。取0.075g六水硝酸钴,0.03g氟化铵和0.075g尿素，搅拌溶于50mL的去离子水与无水乙醇混合液中，其中去离子水与无水乙醇体积比为20:1，将上述烘干得到的Ni丝垂直置于反应釜中，150℃保温5h,反应完成后取出Ni丝，用无水乙醇和去离子水清洗，烘干，置于空气气氛下，以1℃/min升温速率，300℃煅烧2小时，得到Ni@Co3O4纳米纤维阵列的电极材料。
从附图可以看出，本申请制备得到的Ni@Co3O4纳米纤维阵列的电极材料具有较好的倍率性能，且性能稳定。
尽管这里参照本发明的解释性实施例对本发明进行了描述，上述实施例仅为本发明较佳的实施方式，本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。

Claims (10)

1.单晶结构Co3O4纳米线阵列纤维状电极材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
a.取一定量金属丝，分别用丙酮、无水乙醇和去离子水清洗；
b.将步骤a所得到的金属丝，置于空气气氛下进行低温预处理；
c.称量一定量的醋酸钴，搅拌溶于无水乙醇中，得到粉色的混合溶液；
d.将步骤b得到的金属丝，低温下浸泡于步骤c中的混合溶液一定时间，取出，去离子水洗净，烘干；
e.按照一定比例分别称取六水硝酸钴，氟化铵和尿素，加入去离子水与无水乙醇，搅拌至完全溶解，得到混合溶液；
f.取步骤d得到的金属丝，置于步骤e中的混合溶液中，加入反应釜中一定温度下反应一段时间，得到负载有钴离子纳米线阵列的金属丝；
g.步骤f得到的金属丝，于空气气氛下，煅烧，得到单晶结构的Co3O4纳米线阵列纤维电极材料。
2.根据权利要求1所述单晶结构Co3O4纳米线阵列纤维状电极材料的制备方法，其特征在于：
步骤a中的金属丝为镍丝，铝丝，钛丝，铜丝中的一种，金属丝的直径应为50um～500um,清洗的溶剂为丙酮、无水乙醇和去离子水，清洗方式可以为超声或震荡方法的一种。
3.根据权利要求1所述单晶结构Co3O4纳米线阵列纤维状电极材料的制备方法，其特征在于：
步骤b低温预处理温度为100～300℃，处理时间为5min～2h。
4.根据权利要求1所述单晶结构Co3O4纳米线阵列纤维状电极材料的制备方法，其特征在于：
步骤c中所述的四水醋酸钴溶液，其浓度应为1～10mg/mL。
5.根据权利要求1所述单晶结构Co3O4纳米线阵列纤维状电极材料的制备方法，其特征在于：
步骤d中金属丝浸泡于四水醋酸钴的溶液中，浸泡的温度应为-10℃六水硝酸钴，氟化铵和尿素30℃，浸泡的时间为10～48h。
6.根据权利要求1所述单晶结构Co3O4纳米线阵列纤维状电极材料的制备方法，其特征在于：
步骤e中六水硝酸钴、氟化铵与尿素的摩尔比为1:1:1～3:1:3，六水硝酸钴浓度为0.5mg/mL～2mg/mL,去离子水与无水乙醇的体积比为20:1～1:1。
7.根据权利要求1所述单晶结构Co3O4纳米线阵列纤维状电极材料的制备方法，其特征在于：
步骤f中反应温度为85～180℃，保温时间为1～24h。
8.根据权利要求1所述单晶结构Co3O4纳米线阵列纤维状电极材料的制备方法，其特征在于：
步骤g中空气中煅烧，其煅烧温度应为180～500℃，升温速率为1～10℃/min，煅烧时间应为1～10h。
9.一种单晶结构Co3O4纳米线阵列纤维状电极材料，其特征在于：所述单晶结构Co3O4纳米线阵列纤维状电极材料通过权利要求1至8任一权利要求所述单晶结构Co3O4纳米线阵列纤维状电极材料的制备方法制备得到的。
10.根据权利要求9所述单晶结构Co3O4纳米线阵列纤维状电极材料，其特征在于：
所述纳米线阵列长1～5μm，直径为100～300nm。
CN201810331635.8A 2018-04-13 2018-04-13 单晶结构Co3O4纳米线阵列纤维状电极材料及其制备方法 Active CN108492909B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810331635.8A CN108492909B (zh) 2018-04-13 2018-04-13 单晶结构Co3O4纳米线阵列纤维状电极材料及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810331635.8A CN108492909B (zh) 2018-04-13 2018-04-13 单晶结构Co3O4纳米线阵列纤维状电极材料及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108492909A true CN108492909A (zh) 2018-09-04
CN108492909B CN108492909B (zh) 2020-01-31

Family

ID=63315809

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810331635.8A Active CN108492909B (zh) 2018-04-13 2018-04-13 单晶结构Co3O4纳米线阵列纤维状电极材料及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108492909B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111807474A (zh) * 2019-04-10 2020-10-23 青岛理工大学 一种水中硝氮还原的磷掺杂钴纳米线阵列的制备方法
CN112331845A (zh) * 2020-09-21 2021-02-05 昆明理工大学 一种四氧化三钴纳米线阵列负极材料的制备方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103217460A (zh) * 2013-03-21 2013-07-24 浙江大学 一种基于四氧化三钴纳米线阵列的酒精气体传感器及其制备方法
CN103558273A (zh) * 2013-10-15 2014-02-05 哈尔滨理工大学 一种氧化锌纳米线阵列/泡沫石墨烯复合材料的制备方法及其应用
CN104681299A (zh) * 2015-03-27 2015-06-03 吉林化工学院 四氧化三钴多孔纳米线阵列的超级电容器电极材料及其制备方法
CN106970117A (zh) * 2017-03-27 2017-07-21 东北大学 一种基于电极表面原位生长纳米ZnO的NO2传感器
CN107481866A (zh) * 2017-08-21 2017-12-15 广东工业大学 一种四氧化三钴/二氧化锰/聚吡咯纳米线阵列及其制备方法
CN107579238A (zh) * 2017-09-13 2018-01-12 电子科技大学 四氧化三钴‑fto纳米线锂电池负极材料及制备方法
CN107706248A (zh) * 2017-06-21 2018-02-16 吉林师范大学 一种硅纳米结构异质结太阳电池及其制备方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103217460A (zh) * 2013-03-21 2013-07-24 浙江大学 一种基于四氧化三钴纳米线阵列的酒精气体传感器及其制备方法
CN103558273A (zh) * 2013-10-15 2014-02-05 哈尔滨理工大学 一种氧化锌纳米线阵列/泡沫石墨烯复合材料的制备方法及其应用
CN104681299A (zh) * 2015-03-27 2015-06-03 吉林化工学院 四氧化三钴多孔纳米线阵列的超级电容器电极材料及其制备方法
CN106970117A (zh) * 2017-03-27 2017-07-21 东北大学 一种基于电极表面原位生长纳米ZnO的NO2传感器
CN107706248A (zh) * 2017-06-21 2018-02-16 吉林师范大学 一种硅纳米结构异质结太阳电池及其制备方法
CN107481866A (zh) * 2017-08-21 2017-12-15 广东工业大学 一种四氧化三钴/二氧化锰/聚吡咯纳米线阵列及其制备方法
CN107579238A (zh) * 2017-09-13 2018-01-12 电子科技大学 四氧化三钴‑fto纳米线锂电池负极材料及制备方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111807474A (zh) * 2019-04-10 2020-10-23 青岛理工大学 一种水中硝氮还原的磷掺杂钴纳米线阵列的制备方法
CN112331845A (zh) * 2020-09-21 2021-02-05 昆明理工大学 一种四氧化三钴纳米线阵列负极材料的制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN108492909B (zh) 2020-01-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Chen et al. One-dimensional nanomaterials for energy storage
Zhang et al. Nanostructured transition metal oxides as advanced anodes for lithium-ion batteries
Chen et al. Ternary oxide nanostructured materials for supercapacitors: a review
Zhang et al. Facile synthesis of hollow urchin-like NiCo 2 O 4 microspheres for high-performance sodium-ion batteries
CN103531756B (zh) 碳纳米纤维负载钛酸锂薄膜材料及其制备方法
CN107946560A (zh) 碳限域金属或金属氧化物复合纳米结构材料及其制备方法和应用
CN109755484A (zh) 一种改性三元正极材料及其制备方法
Miao et al. Engineering a nanotubular mesoporous cobalt phosphide electrocatalyst by the Kirkendall effect towards highly efficient hydrogen evolution reactions
CN109616331B (zh) 一种核壳型的氢氧化镍纳米片/锰钴氧化物复合电极材料及其制备方法
CN102683710A (zh) 碳纳米纤维负载二氧化钛薄膜负极材料及其制备方法
CN105895861B (zh) 阵列型二硫化三镍-碳纳米管复合电极及其制备方法和应用
CN108597892B (zh) 一种纳米多孔铜负载形貌可控铜基氧化物复合材料及其制备方法及应用
CN107993849B (zh) 一种碳纤维负载钴酸镍纳米阵列的柔性电极材料及其制备方法
CN102664103A (zh) 钴酸锌纳米棒/泡沫镍复合电极、制备方法及其应用
CN109148163B (zh) 碳布/钴酸镍/氧化镍柔性电极材料及其制备方法
CN110048096A (zh) 用于锂/钠离子电池负极的氧化锡/碳纤维复合材料及制备方法
CN106558682A (zh) 一种三明治核壳结构的富锂锰基、尖晶石及石墨烯柔性复合正极及其制备方法
CN105244183A (zh) 一种碳纳米管纱线复合钴酸盐金属氧化物纳米线超级电容器的制备方法
Yang et al. A high energy density fiber-shaped supercapacitor based on zinc-cobalt bimetallic oxide nanowire forests on carbon nanotube fibers
CN106684324A (zh) 一种锂离子电池电极材料、其制备方法和应用
CN108130711A (zh) 一种基于纤维衬底的TiO2纳米阵列及其制备方法
CN109273278A (zh) 一种钴酸镍纳米线包覆碳纤维柔性电极材料的制备方法
CN108492909A (zh) 单晶结构Co3O4纳米线阵列纤维状电极材料及其制备方法
Yoo et al. Interfacial defect engineering via combusted graphene in V2O5 nanochips to develop high‐rate and stable zinc-ion batteries
CN104867680B (zh) 用作超级电容器电极的NiCo2O4@NiCo2O4纳米材料及其制备方法

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