CN110010878A - 氮掺杂多孔碳包覆Co3O4复合纳米材料、制备方法及其应用 - Google Patents

氮掺杂多孔碳包覆Co3O4复合纳米材料、制备方法及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种氮掺杂多孔碳包覆Co3O4复合纳米材料的制备方法,包括以下步骤:将氮掺杂碳包覆金属钴分散至离子水中,得到分散体系;在分散体系中加入H2O2,得到溶液体系;将溶液体系于温度为180℃的条件下,反应,反应时间为24h;进行洗涤、干燥后,得到产物。本发明还公开一种氮掺杂多孔碳包覆Co3O4复合纳米材料、及其应用。本发明的方法具有制备工艺简单,材料形貌均一、比表面较大的技术效果。在锂离子电池、电化学储能和催化等方面具有很大的应用潜力。本发明的方法简单高效,安全易行,合成周期短,可以大量制备有望得到推广和产业化应用。

Description

氮掺杂多孔碳包覆Co3O4复合纳米材料、制备方法及其应用
技术领域
本发明属于纳米材料制备技术领域,特别涉及氮掺杂多孔碳包覆Co3O4复合材料技术领域。
背景技术
随着全球能源的快速消耗和环境危机的日益严重,人们一直致力于发展可持续、洁净、可再生的能源。锂离子电池因具有较大的能量密度、较长的循环稳定性以及成本低等特点,被认为是一种最有效的能量存储装置。
石墨是目前普遍采用的锂电池负极材料,然而,其较低的理论比容量(372mAh/g)难以满足市场对高容量锂离子电池负极材料的要求。自2006年英国《自然》杂志(Nature,2000,第407卷,496页)首次报道了将Co3O4作为锂电池的负极材料以来,过渡金属氧化物由于其高理论容量(超过600mAh g-1)而作为新兴负极材料进行了广泛研究。
作为一种典型的过渡金属氧化物,Co3O4因具有较高的理论容量(890mAh g-1),引起了人们对其作为锂电池负极材料的广泛兴趣。2012年,美国的《物理化学C》(J.Phys.Chem.C,2012,第116卷,7227页)报道了通过热分解策略合成了多孔Co3O4纳米笼,在电流密度为50mAg-1下的放电容量为800mAh g-1
然而,基于Co3O4的负极材料在实际应用中受到一些因素的限制,例如剧烈的体积膨胀、反应动力学缓慢、固有电导率低。2017年,美国《ACS应用材料界面》(ACSAppl.Mater.Interfaces,2017,第9卷,32801页)报道了通过石墨烯与预先制备的Co3O4纳米立方体的混合,成功制备了类似三明治结构的Co3O4/石墨烯。在充放电过程中,石墨烯可以提高电极材料的导电率,并且可以缓解Co3O4的体积膨胀。
但是,目前所报道合成Co3O4纳米材料与碳材料的复合材料工艺比较复杂,成本昂贵,不利于商业化推广。目前,人们常采用两步法制备氮掺杂多孔碳包覆Co3O4复合纳米材料,即用复杂的工艺用氮掺杂碳材料包覆事先制备Co3O4纳米材料。这种制备方法不但工艺复杂,而且很耗时,严重阻碍了氮掺杂多孔碳包覆Co3O4复合纳米材料的商业化应用。
发明内容
本发明旨在解决现有技术之一:现有技术Co3O4纳米材料与碳材料的复合材料工艺比较复杂,成本昂贵、合成材料其比表面积和多孔结构有待改善的技术问题;解决现有技术之二:现有技术的Co3O4纳米材料与碳材料的复合材料其在商业化应用受阻的技术问题。
本发明通过以下技术手段解决上述技术问题之一的:一种氮掺杂多孔碳包覆Co3O4复合纳米材料的制备方法,包括以下步骤:
(1)将氮掺杂碳包覆金属钴分散至离子水中,得到分散体系;
(2)在步骤(1)的分散体系中加入H2O2,得到溶液体系;
(3)将步骤(2)的溶液体系于温度为180℃的条件下,反应;
(4)将步骤(3)中的产物进行洗涤、干燥后,得到产物。
优选地,所述氮掺杂碳包覆金属钴包括以下步骤制备而成:将ZIF-67在保护性气氛中,在初始温度为50℃、以升温速率为10℃/min升温至600℃,并于600℃碳化2h。
优选地,所述ZIF-67包括以下步骤制备而成:
1)室温环境下,将钴盐和2-甲基咪唑分别溶解在甲醇中,得到钴盐溶液、2-甲基咪唑溶液;
2)将步骤1)中的两种溶液混合、搅拌后,静置;
3)将步骤2)中的产物进行离心分离后,洗涤,干燥,得到产物。
优选地,所述步骤1)中钴盐为硝酸钴,硝酸钴溶液中硝酸钴的浓度为1.24wt%;2-甲基咪唑溶液中2-甲基咪唑的浓度为1.63wt%。
优选地,所述步骤(1)中的将氮掺杂碳包覆金属钴与去离子水的质量比为5:6。
优选地,所述步骤(2)中分散体系与H2O2的质量比为55:2.2。
优选地,所述步骤(3)中的反应时间为24h。
本发明还公开一种采用上述的制备方法制备的氮掺杂多孔碳包覆Co3O4复合纳米材料,所述氮掺杂多孔碳包覆Co3O4复合纳米材料其比表面积为87m2/g、平均孔径为17.3nm;其中存在大量尺寸小于5nm的Co3O4纳米颗粒分布在氮掺杂多孔碳里。
本发明的优点在于:
本发明通过硝酸钴与2-甲基咪唑在常温下制备前驱物,再在氮气中煅烧前驱物得到氮掺杂碳包覆金属钴,最后通过水热氧化的方法制备了氮掺杂多孔碳包覆Co3O4复合纳米材料,从而有效地简化了制备氮掺杂多孔碳包覆Co3O4复合纳米材料的工艺。
本发明制备的氮掺杂多孔碳包覆Co3O4复合纳米材料具有酥松多孔的结构。在煅烧前驱物的过程中,会有大量的二氧化碳和水分子溢出,导致最终得到的氮掺杂多孔碳包覆Co3O4复合纳米材料具有酥松多孔的复合结构。本发明制备氮掺杂多孔碳包覆Co3O4复合纳米材料的工艺简单高效,安全易行,合成周期短,有望得到推广和产业化生产。
本发明通过以下技术手段解决上述技术问题之二的:一种基于上述制备方法制备的氮掺杂多孔碳包覆Co3O4复合纳米材料的负极材料,包括以下步骤制备:
(1)将氮掺杂多孔碳包覆Co3O4复合纳米材料与乙炔黑、偏氟乙烯共混,制成泥浆状物质;
(2)将步骤(1)中的泥浆状物质涂覆在铜箔上,干燥后,制得电极片。
本发明还一种基于上述制备方法制备的氮掺杂多孔碳包覆Co3O4复合纳米材料的测试电池的制备方法,其特征在于,包括以下步骤制备:
(1)将氮掺杂多孔碳包覆Co3O4复合纳米材料与乙炔黑、偏氟乙烯共混,制成泥浆状物质;
(2)将步骤(1)中的泥浆状物质涂覆在铜箔上,干燥后,制得电极片;
(3)以步骤(2)制得的电极片为正极,金属锂片为负极,以包括碳酸亚乙酯和碳酸二乙酯混合构成的、含六氟磷酸锂的混合溶液为电解液,以聚丙烯薄膜为隔膜,在保护性气氛中,组装成纽扣半电池。
优选地,碳酸亚乙酯和碳酸二乙酯的质量比为1:1、六氟磷酸锂的浓度为1mol/L。
本发明的优点在于:
本发明得到的氮掺杂多孔碳包覆Co3O4复合纳米材料可应用于锂离子电池负极材料。酥松多孔的结构有利于锂离子和电解质进出活性材料;较大的比表面积和多孔结构能够增大Co3O4和电解液的接触面积,缩短锂离子和电解质的扩散距离;氮掺杂碳基底可以提高整个电极材料的导电性。
综合上述优点,本发明得到的氮掺杂多孔碳包覆Co3O4复合纳米材料作为负极材料时,具有很高的比容量和很好的循环稳定性。尤其,在大电流1 A/g的充放电过程中,循环1000次后,能保持731mAh/g,有望应用在快速充放电领域。
附图说明
图1为本发明实施例1中前驱物的测量和标准X射线衍射图;
图2为本发明实施例1中前驱物电镜照片;
其中,图2中的a表示前驱物的扫描电镜照片,图2中的b表示前驱物的透射电镜照片;
图3为本发明实施例1中氮掺杂多孔碳包覆Co3O4复合纳米材料的电镜照片;
其中,图3中的a表示氮掺杂多孔碳包覆Co3O4复合纳米材料的扫描电镜照片,图3中的b、c、d表示氮掺杂多孔碳包覆Co3O4复合纳米材料在不同放大倍数下的透射电镜照片。
图4为本发明实施例1中氮掺杂多孔碳包覆Co3O4复合纳米材料的X射线衍射图;
图5为本发明实施例1中氮掺杂多孔碳包覆Co3O4复合纳米材料的拉曼图;
图6为本发明实施例1中氮掺杂多孔碳包覆Co3O4复合纳米材料的热重曲线图;
图7为本发明实施例1中氮掺杂多孔碳包覆Co3O4复合纳米材料的吸附-脱附曲线图;
图8为本发明实施例2中,在放电电流密度为100mA/g的情况下,所得半电池放电容量和循环次数曲线;
图9为本发明实施例2中,在放电电流密度为1A/g的情况下,所得半电池放电容量和循环次数曲线;
图10为本发明实施例2中,所得半电池在不同放电电流密度下的容量和循环曲线。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
需要说明的是,当元件被称为“固定于”另一个元件,它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件,它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
实施例1
本实施公开一种氮掺杂多孔碳包覆Co3O4复合纳米材料,包括以下步骤制备:
(1)在室温环境下,将249mg硝酸钴和328mg2-甲基咪唑分别溶解在25mL甲醇中,将两种溶液混合在一起,将混合物搅拌5min后,在室温下静置24h;离心分离所制备的样品,用甲醇洗涤三次,然后在60℃下的烘箱中干燥6h,得到紫色前驱物。
(2)将所制备的前驱物在氮气气氛中初始温度为50℃,以10℃/min的加热速率升温至600℃后,碳化2h,以得到氮掺杂碳包覆金属钴。
(3)将25mg氮掺杂多孔碳包覆钴的复合纳米材料超声分散到30mL去离子水中,然后向溶液中加入2mLH2O2。将所得溶液转移到Teflon内衬的不锈钢高压釜中,并在180℃下保持24h。离心分离产物并分别用去离子水和乙醇洗涤三次后,放入60℃烘箱中干燥6h,得到黑色氮掺杂多孔碳包覆Co3O4复合纳米材料。
如图1所示,本实施例中前驱物的X射线衍射图。从图1中可以看出,所制备的前驱物的所有衍射峰与ZIF-67的标准衍射峰基本一致,表明所制备的前驱物就是ZIF-67。
如图2所示,本实施例中所得产物的扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)照片。从图2的SEM图中可以看出前驱物是由大量多面体的纳米粒子组成。从图2的TEM照片中可以看出前驱物为实心结构。
如图3所示,本实施例中所得最终产物的扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)照片。从图3的SEM图中可以看出,所制备的最终产物保留了原始前驱物多面体的形貌。从图3的TEM图中可以看出,大量尺寸小于5nm的Co3O4纳米颗粒(黑点)均匀地分布在氮掺杂多孔碳里。
如图4所示,本实施例中所得最终产物的X射线衍射图。从图4中可以看出,图中所有的衍射峰与立方Co3O4的标准XRD图(JCPDS No.42-1467)基本一致。此外,25°处的宽峰可归因于氮掺杂多孔碳材料。所得复合材料的石墨化程度可以通过拉曼光谱来确定。
如图5所示,本实施例中所得最终产物的拉曼光谱图。从拉曼光谱图中可以看出,在185、468、510、601和610cm-1处的五个特征峰可分别指向F2g,Eg,F2g 1,F2g 2和A2g 1。另外,两个峰位于1340和1585cm-1附近,分别可以归属为碳材料典型的D带和G带。
如图6所示,本实施例中所得最终产物在空气中的热重曲线图。从热重曲线图中可以看出,从室温到150℃的第一步重量损失7.81%可归因于多孔碳材料里吸附的气态分子(例如H2O,CO2)。第二步重量损失为47.63%可归因于复合材料中的碳含量氧化成气体分子引起的。
如图7所示,本实施例中所得最终产物的氮气吸附-脱附曲线图。从氮气吸附-脱附曲线图中可以看出,掺杂多孔碳包覆Co3O4复合纳米材料具有多孔结构,比表面积为87m2/g,平均孔径为17.3nm。
实施例2
本实施例公开一种掺杂实施例1制备的多孔碳包覆Co3O4复合纳米材料在锂离子电池负极中的应用。
将所得到的掺杂多孔碳包覆Co3O4复合纳米材料和乙炔黑及聚偏氟乙烯PVDF按质量比8:10:10混合制成泥浆状物质,将所述泥浆状物质均匀涂在铜箔上,在80℃的烘箱中烘干后,将铜箔剪成直径为14mm的圆形电极片;以该负载有掺杂多孔碳包覆Co3O4复合纳米材料的圆形电极片为正极,以直径为14mm的圆形金属锂片为负极,以包括碳酸亚乙酯EC和碳酸二乙酯DEC按质量比1:1混合构成的、含浓度为1mol/L的六氟磷酸锂LiPF6的混合溶液为电解液,以直径为16mm的圆形聚丙烯薄膜为隔膜,在氩气氛围保护的手套箱里组装成纽扣半电池,作为测试电池。
使用电池测试系统为Neware BTS-610对其进行测试。如图8所示在电流密度为100mA/g下,在循环了100次后,放电容量保持在1017mAh/g。如图9所示,测试电池在电流密度为1A/g下,循环1000次后,放电容量依然能保持在731mAh/g。倍率测试也是衡量一个电池稳定一个重要参数。本实施例中制备的半电池分别在电流密度为100mA/g、200mA/g、500mA/g、1000mA/g和2000mA/g的条件下测试,其充放电循环曲线如图10所示。从图中可以看出,当电流密度分别为100mA/g、200mA/g、500mA/g、1000mA/g和2000mA/g的条件下测试时,其对应的平均容量为820mAh/g、716mAh/g、553mAh/g、413mAh/g、和255mAh/g。这一结果显示,本实施例中的半电池具有较好的稳定性能。
综上所述,本发明与已有技术相比,存在以下技术效果:
(1)本发明可以通过硝酸钴与2-甲基咪唑在常温下制备前驱物,再在氮气中煅烧前驱物得到氮掺杂碳包覆金属钴,最后通过水热氧化的方法制备了氮掺杂多孔碳包覆Co3O4复合纳米材料,从而有效地简化了制备氮掺杂多孔碳包覆Co3O4复合纳米材料的工艺。
(2)本发明制备的氮掺杂多孔碳包覆Co3O4复合纳米材料具有酥松多孔的结构。在煅烧前驱物的过程中,会有大量的二氧化碳和水分子溢出,导致最终得到的氮掺杂多孔碳包覆Co3O4复合纳米材料具有酥松多孔的复合结构。本发明制备氮掺杂多孔碳包覆Co3O4复合纳米材料的工艺简单高效,安全易行,合成周期短,有望得到推广和产业化生产。
(3)本发明得到的氮掺杂多孔碳包覆Co3O4复合纳米材料可应用于锂离子电池负极材料。酥松多孔的结构有利于锂离子和电解质进出活性材料;较大的比表面积和多孔结构能够增大Co3O4和电解液的接触面积,缩短锂离子和电解质的扩散距离;氮掺杂碳基底可以提高整个电极材料的导电性。综合上述优点,本发明得到的氮掺杂多孔碳包覆Co3O4复合纳米材料作为负极材料时,具有很高的比容量和很好的循环稳定性。尤其,在大电流1A/g的充放电过程中,循环1000次后,能保持731mAh/g,有望应用在快速充放电领域。
需要说明的是,在本文中,如若存在第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种氮掺杂多孔碳包覆Co3O4复合纳米材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)将氮掺杂碳包覆金属钴分散至离子水中,得到分散体系;
(2)在步骤(1)的分散体系中加入H2O2,得到溶液体系;
(3)将步骤(2)的溶液体系于温度为180℃的条件下,反应;
(4)将步骤(3)中的产物进行洗涤、干燥后,得到产物。
2.根据权利要求1所述的氮掺杂多孔碳包覆Co3O4复合纳米材料的制备方法,其特征在于,所述氮掺杂碳包覆金属钴包括以下步骤制备而成:将ZIF-67在保护性气氛中,在初始温度为50℃、以升温速率为10℃/min升温至600℃,并于600℃碳化2h。
3.根据权利要求2所述的氮掺杂多孔碳包覆Co3O4复合纳米材料的制备方法,其特征在于,所述ZIF-67包括以下步骤制备而成:
1)室温环境下,将钴盐和2-甲基咪唑分别溶解在甲醇中,得到钴盐溶液、2-甲基咪唑溶液;
2)将步骤1)中的两种溶液混合、搅拌后,静置;
3)将步骤2)中的产物进行离心分离后,洗涤,干燥,得到产物。
4.根据权利要求3所述的氮掺杂多孔碳包覆Co3O4复合纳米材料的制备方法,其特征在于,所述步骤1)中钴盐为硝酸钴,硝酸钴溶液中硝酸钴的浓度为1.24wt%;2-甲基咪唑溶液中2-甲基咪唑的浓度为1.63wt%。
5.根据权利要求1所述的氮掺杂多孔碳包覆Co3O4复合纳米材料的制备方法,其特征在于,所述步骤(1)中的将氮掺杂碳包覆金属钴与去离子水的质量比为5:6。
6.根据权利要求5所述的氮掺杂多孔碳包覆Co3O4复合纳米材料的制备方法,其特征在于,所述步骤(2)中分散体系与H2O2的质量比为55:2.2。
7.一种采用如权利要求1-6任一项所述的制备方法制备的氮掺杂多孔碳包覆Co3O4复合纳米材料,其特征在于,所述氮掺杂多孔碳包覆Co3O4复合纳米材料其比表面积为87m2/g、平均孔径为17.3nm;其中存在尺寸小于5nm的Co3O4纳米颗粒分布在氮掺杂多孔碳里。
8.一种采用如权利要求1-6任一项所述的制备方法制备的氮掺杂多孔碳包覆Co3O4复合纳米材料作为锂离子电池负极材料的应用。
9.一种基于如权利要求1-6任一项所述的制备方法制备的氮掺杂多孔碳包覆Co3O4复合纳米材料的负极材料,其特征在于,包括以下步骤制备:
(1)将氮掺杂多孔碳包覆Co3O4复合纳米材料与乙炔黑、偏氟乙烯共混,制成泥浆状物质;
(2)将步骤(1)中的泥浆状物质涂覆在铜箔上,干燥后,制得电极片。
10.一种基于如权利要求1-6任一项所述的制备方法制备的氮掺杂多孔碳包覆Co3O4复合纳米材料的测试电池的制备方法,其特征在于,包括以下步骤制备:
(1)将氮掺杂多孔碳包覆Co3O4复合纳米材料与乙炔黑、偏氟乙烯共混,制成泥浆状物质;
(2)将步骤(1)中的泥浆状物质涂覆在铜箔上,干燥后,制得电极片;
(3)将步骤(2)中的制得电极片为正极,以金属锂片为负极,以包括碳酸亚乙酯和碳酸二乙酯按质量比1:1混合构成的、含浓度为1mol/L的六氟磷酸锂的混合溶液为电解液,以聚丙烯薄膜为隔膜,在保护性气氛中,组装成纽扣半电池。
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Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110518228A (zh) * 2019-09-17 2019-11-29 安徽大学 一种包埋无机纳米粒子的三维石墨烯碳纳米复合材料及其应用
CN111525117A (zh) * 2020-05-11 2020-08-11 喻明兵 一种三维多孔碳包覆Co3O4的钠离子电池负极材料及其制法
CN111613787A (zh) * 2020-05-29 2020-09-01 扬州大学 二氧化钛包覆碳-四氧化三钴复合材料、制备方法及其应用
CN111740083A (zh) * 2020-06-12 2020-10-02 新昌县华发机械股份有限公司 一种碳包覆多孔Co3O4微球的锂离子电池负极材料及其制法
CN112436124A (zh) * 2020-11-30 2021-03-02 安徽师范大学 一种多孔四氧化三钴/碳化微胶囊复合材料及其制备方法和应用
CN112573503A (zh) * 2020-12-14 2021-03-30 安徽大学 氮掺杂多孔碳材料的制备方法、制得的多孔碳材料及其应用
CN114059085A (zh) * 2021-12-15 2022-02-18 青岛科技大学 一种含氮硫有序介孔碳包覆纳米Co3O4的析氧催化剂
CN115893510A (zh) * 2022-11-24 2023-04-04 贝特瑞(四川)新材料科技有限公司 一种氮掺杂蜂巢型钠离子电池用负极材料及其制备方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105355874A (zh) * 2015-11-03 2016-02-24 湖北工程学院 一种氮掺杂多孔碳球/四氧化三锰纳米复合电极材料及其制备方法
CN105870384A (zh) * 2016-03-03 2016-08-17 中国石油大学(华东) 一种用于锂电池电极的氮掺杂碳纳米管/锰-钴氧化物纳米复合材料
CN106602078A (zh) * 2016-12-30 2017-04-26 华南理工大学 一种石墨烯支撑氮掺杂碳膜包覆四氧化三钴复合材料及制备与应用
CN107017404A (zh) * 2017-06-13 2017-08-04 兰州理工大学 一种氮掺杂碳负载四氧化三钴电极材料的制备方法
CN108767276A (zh) * 2018-05-16 2018-11-06 陕西科技大学 一种锂氧电池氮掺杂多孔碳@钴基催化剂纳米笼复合材料的制备方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105355874A (zh) * 2015-11-03 2016-02-24 湖北工程学院 一种氮掺杂多孔碳球/四氧化三锰纳米复合电极材料及其制备方法
CN105870384A (zh) * 2016-03-03 2016-08-17 中国石油大学(华东) 一种用于锂电池电极的氮掺杂碳纳米管/锰-钴氧化物纳米复合材料
CN106602078A (zh) * 2016-12-30 2017-04-26 华南理工大学 一种石墨烯支撑氮掺杂碳膜包覆四氧化三钴复合材料及制备与应用
CN107017404A (zh) * 2017-06-13 2017-08-04 兰州理工大学 一种氮掺杂碳负载四氧化三钴电极材料的制备方法
CN108767276A (zh) * 2018-05-16 2018-11-06 陕西科技大学 一种锂氧电池氮掺杂多孔碳@钴基催化剂纳米笼复合材料的制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
FANGCAI ZHENG 等: ""Synthesis of ultrafine Co3O4 nanoparticles encapsulated in nitrogen-doped porous carbon matrix as anodes for stable and long-life lithium ion battery"", 《JOURNAL OF ALLOYS AND COMPOUNDS》 *

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110518228A (zh) * 2019-09-17 2019-11-29 安徽大学 一种包埋无机纳米粒子的三维石墨烯碳纳米复合材料及其应用
CN110518228B (zh) * 2019-09-17 2023-06-20 安徽大学 一种包埋无机纳米粒子的三维石墨烯碳纳米复合材料及其应用
CN111525117A (zh) * 2020-05-11 2020-08-11 喻明兵 一种三维多孔碳包覆Co3O4的钠离子电池负极材料及其制法
CN111613787A (zh) * 2020-05-29 2020-09-01 扬州大学 二氧化钛包覆碳-四氧化三钴复合材料、制备方法及其应用
CN111740083A (zh) * 2020-06-12 2020-10-02 新昌县华发机械股份有限公司 一种碳包覆多孔Co3O4微球的锂离子电池负极材料及其制法
CN112436124A (zh) * 2020-11-30 2021-03-02 安徽师范大学 一种多孔四氧化三钴/碳化微胶囊复合材料及其制备方法和应用
CN112573503A (zh) * 2020-12-14 2021-03-30 安徽大学 氮掺杂多孔碳材料的制备方法、制得的多孔碳材料及其应用
CN114059085A (zh) * 2021-12-15 2022-02-18 青岛科技大学 一种含氮硫有序介孔碳包覆纳米Co3O4的析氧催化剂
CN115893510A (zh) * 2022-11-24 2023-04-04 贝特瑞(四川)新材料科技有限公司 一种氮掺杂蜂巢型钠离子电池用负极材料及其制备方法
CN115893510B (zh) * 2022-11-24 2024-03-12 贝特瑞(四川)新材料科技有限公司 一种氮掺杂蜂巢型钠离子电池用负极材料及其制备方法

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