CN115440503A - 一种硫化钴铜纳米片及制备方法 - Google Patents
一种硫化钴铜纳米片及制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115440503A CN115440503A CN202211003223.4A CN202211003223A CN115440503A CN 115440503 A CN115440503 A CN 115440503A CN 202211003223 A CN202211003223 A CN 202211003223A CN 115440503 A CN115440503 A CN 115440503A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- copper sulfide
- cobalt copper
- mmol
- sulfide nanosheet
- cuco
- 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
Links
- 239000002135 nanosheet Substances 0.000 title claims abstract description 17
- NHPHQYDQKATMFU-UHFFFAOYSA-N [Cu]=S.[Co] Chemical compound [Cu]=S.[Co] NHPHQYDQKATMFU-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 13
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title abstract description 8
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims abstract description 9
- 229910021591 Copper(I) chloride Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 claims abstract description 5
- OXBLHERUFWYNTN-UHFFFAOYSA-M copper(I) chloride Chemical compound [Cu]Cl OXBLHERUFWYNTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 5
- 229910017855 NH 4 F Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 claims abstract description 3
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims abstract 4
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 7
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 5
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 4
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 claims description 4
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 4
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 3
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 3
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000000047 product Substances 0.000 claims description 2
- 239000000376 reactant Substances 0.000 claims description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims 1
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 23
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 abstract description 11
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 4
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 abstract description 2
- 229910016507 CuCo Inorganic materials 0.000 description 24
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 5
- 239000002060 nanoflake Substances 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 238000002484 cyclic voltammetry Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 3
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 2
- 238000007605 air drying Methods 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 239000002064 nanoplatelet Substances 0.000 description 2
- 125000004434 sulfur atom Chemical group 0.000 description 2
- 244000025254 Cannabis sativa Species 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N Sulphide Chemical compound [S-2] UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 230000001351 cycling effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000003837 high-temperature calcination Methods 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 238000010295 mobile communication Methods 0.000 description 1
- 230000000877 morphologic effect Effects 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 1
- -1 transition metal sulfide Chemical class 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/22—Electrodes
- H01G11/24—Electrodes characterised by structural features of the materials making up or comprised in the electrodes, e.g. form, surface area or porosity; characterised by the structural features of powders or particles used therefor
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/22—Electrodes
- H01G11/30—Electrodes characterised by their material
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/84—Processes for the manufacture of hybrid or EDL capacitors, or components thereof
- H01G11/86—Processes for the manufacture of hybrid or EDL capacitors, or components thereof specially adapted for electrodes
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
Abstract
本发明公开了一种超级电容器用的硫化钴铜纳米片材料及制备方法，所述硫化钴铜纳米片呈片状分级多孔结构，所述分级多孔结构由大孔径和介孔构成，大孔结构尺寸为167±30nm，介孔结构尺寸为2～15nm，所述硫化钴铜纳米片由9.5±1mmol的CuCl2·2H2O、15±1.5mmol的CoCl2·6H2O、12±1.2mmol的NH4F和18±2mmol的尿素经水热反应制得前驱体后再与过量的浓度为0.1M的Na2S·9H2O溶液反应制得。本发明在提升超级电容器性能的同时，使得制备方法简单化，利于降低电容器材料的生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及超级电容器材料领域，具体涉及一种硫化钴铜纳米片及制备方法。
背景技术
超级电容器在便携式电子设备、移动通信、混合动力汽车等领域得到广泛应用，超级电容器比功率密度高，充放电速度快，循环寿命长，但能量密度远低于电池。为了满足高容量存储应用的需求，提高超级电容器电极材料的比电容一直是研究开发的重点。超级电容器的进一步发展迫切需要具有良好纳米结构及不同形貌的电容器材料，三元过渡金属硫化物能够提供更好的导电性和更高的电化学活性，是很有前景的电容器材料。
CuCo2S4（硫化钴铜）是一种很有前途的超级电容器材料，并拥有优异的电容性能，所以各种不同形态结构的CuCo2S4相继开发出来。例如，Zhang等人通过自模板法制备出空心球状CuCo2S4,中空的形态结构可以缩短离子的扩散路径来提高电化学性能。Luo等人在泡沫铜上合成了CuCo2S4纳米草阵列，也表现出出色的电化学性能。基于目前的报道，纳米片状CuCo2S4的合成仍是一个挑战，当前片状的CuCo2S4的合成方式主要是基于各种导电基体上，而粉末状不需要基体的纳米片状的CuCo2S4至今没见报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种纳米片状的CuCo2S4超级电容器材料及其制备方法，在提升超级电容器性能的同时，使得制备方法简单化，利于降低电容器材料的生产成本。
本发明提供的CuCo2S4纳米片，具有片状分级多孔结构，该分级多孔结构由大孔径和介孔构成，大孔结构尺寸为167±30nm，介孔结构尺寸为2～15nm。
所述CuCo2S4纳米片的制备方法，包括以下步骤：
（1）将9.5±1mmol的CuCl2·2H2O、15±1.5mmol的CoCl2·6H2O、12±1.2mmol的NH4F和18±2mmol的尿素溶于适量的去离子水中，搅拌均匀后放入高压反应釜中，于160℃下反应5小时，沉淀物经洗涤、干燥后得到碱式碳酸盐。
（2）将所得碱式碳酸盐加入到过量的浓度为0.1M的Na2S·9H2O溶液中，充分搅拌，于高压反应釜中120℃下反应9 小时，反应物经洗涤、干燥后得到硫化钴铜纳米片。
本发明的技术特点和效果：
（1）具有分级多孔结构的纳米片状CuCo2S4，分级多孔结构具有丰富的大孔径和介孔结构，有利于电解质的扩散和电子的转移，为材料产生更多的氧化还原活性位点，降低材料的内阻，带来了更高的容量和循环稳定性。
（2）采用两步水热法，制备工艺简单，无需高温煅烧处理，易于操作。
（3）由于硫原子的参与，减少了带隙，使用硫原子可以产生更灵活的结构并使化学键伸长，从而使电子更容易传输，促使超级电容器的电化学性能增强。
（4）设备投入少，生产周期短，有利于实现产业化。
附图说明
图1为纳米片状CuCo2S4材料X射线衍射图；
图2为纳米片状CuCo2S4材料扫描电子显微图像图；
图3为纳米片状CuCo2S4材料氮气等温吸附曲线；
图4为纳米片状CuCo2S4材料的孔径分布曲线；
图5为本发明CuCo2S4纳米片在不同电流密度的充放电循环性能曲线；
图6为本发明CuCo2S4纳米片在不同扫描速率下的循环伏安曲线。
具体实施方式
下面通过实施例和测试结果作进一步的详细说明，便于了解本发明的技术方案和技术效果。
步骤1：
将9.5mmol的CuCl2·2H2O、15mmol的CoCl2·6H2O、12mmol的NH4F和18 mmol的尿素加入至70 ml去离子水中，搅拌均匀后放入高压反应釜中，在鼓风干燥箱中加热至160℃保温5h，沉淀物经过洗涤于鼓风干燥箱中65℃加热干燥12h，得到碱式碳酸盐。
步骤2：
将步骤1所得沉淀物溶解于80ml浓度为0.1M的Na2S·9H2O溶液中，磁力搅拌30min后放入高压反应釜中加热至120℃保温9h，得到CuCo2S4纳米片。
步骤3：
将上述产物过滤并清洗至中性，并在65℃的真空下干燥24h后得到纳米片状CuCo2S4材料。
测试结果说明：
制得的纳米片状CuCo2S4材料经X射线衍射图分析，结果如图1所示，证明三元硫化物的基本合成。
制得的纳米片状CuCo2S4材料经扫描电子显微镜测试，结果如图2所示，该材料呈现出层次分明的纳米片状结构。
制得的纳米片状CuCo2S4材料经等温吸附曲线和孔径分布测试，结果如图3和4所示，结果表明，其表面积为20.6 m2g-1，出现多层吸附现象，样品的平均孔径为15.9 nm,样品中富含大量的介孔和大孔结构，介孔结构主要分布在2～15 nm，大孔结构同样占据主要地位，主要分布在167nm左右。
制得的纳米片状CuCo2S4材料经充放电测试，结果如图5所示，当电流密度为0.5 Ag-1时，比电容值为268.5 Cg-1。
制得的纳米片状CuCo2S4材料经循环伏安测试，结果如图6所示，在不同的扫描速率下，循环伏安曲线保持良好的类似于矩形形状，表明具有良好的双电层电容的性能。
Claims (2)
1.一种硫化钴铜纳米片，其特征在于，所述硫化钴铜纳米片呈片状分级多孔结构，所述分级多孔结构由大孔径和介孔构成，大孔结构尺寸为167±30nm，介孔结构尺寸为2～15nm，所述硫化钴铜纳米片由9.5±1mmol的CuCl2·2H2O、15±1.5mmol的CoCl2·6H2O、12±1.2mmol的NH4F和18±2mmol的尿素经水热反应制得前驱体后再与过量的浓度为0.1M的Na2S·9H2O溶液反应制得。
2.一种硫化钴铜纳米片的制备方法，所述方法包括以下步骤：
（1）将9.5±1mmol的CuCl2·2H2O、15±1.5mmol的CoCl2·6H2O、12±1.2mmol的NH4F和18±2mmol的尿素溶于适量的去离子水中，搅拌均匀后放入高压反应釜中，于160℃下反应5小时，沉淀物经洗涤、干燥后得到碱式碳酸盐；
（2）将所得碱式碳酸盐加入到过量的浓度为0.1M的Na2S·9H2O溶液中，充分搅拌，于高压反应釜中120℃下反应9 小时，反应物经洗涤、干燥后得到硫化钴铜纳米片。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211003223.4A CN115440503B (zh) | 2022-08-22 | 2022-08-22 | 一种硫化钴铜纳米片及制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211003223.4A CN115440503B (zh) | 2022-08-22 | 2022-08-22 | 一种硫化钴铜纳米片及制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115440503A true CN115440503A (zh) | 2022-12-06 |
| CN115440503B CN115440503B (zh) | 2023-05-12 |
Family
ID=84243104
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202211003223.4A Active CN115440503B (zh) | 2022-08-22 | 2022-08-22 | 一种硫化钴铜纳米片及制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115440503B (zh) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TW200823312A (en) * | 2006-11-16 | 2008-06-01 | Atomic Energy Council | Prepare method of micro crystallized silicon or nano-crystallized silicon thin film |
| CN106531456A (zh) * | 2016-11-11 | 2017-03-22 | 郑州大学 | 一种基于CuCo2S4的超级电容器材料及其制备和应用 |
| CN109179515A (zh) * | 2018-09-12 | 2019-01-11 | 成都理工大学 | 球状电催化材料及其制备方法 |
| CN110721700A (zh) * | 2019-10-28 | 2020-01-24 | 安徽师范大学 | 一种铜钴硫纳米片阵列/钼箔复合材料、制备方法及其应用 |
| CN110745871A (zh) * | 2019-10-27 | 2020-02-04 | 信阳师范学院 | 一种双金属硫化物超级电容器电极材料CuCo2S4的制备方法 |
| CN112409028A (zh) * | 2020-10-28 | 2021-02-26 | 桂林电子科技大学 | 一种CC-NiO-CuCoS复合材料及其制备方法和应用 |
-
2022
- 2022-08-22 CN CN202211003223.4A patent/CN115440503B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TW200823312A (en) * | 2006-11-16 | 2008-06-01 | Atomic Energy Council | Prepare method of micro crystallized silicon or nano-crystallized silicon thin film |
| CN106531456A (zh) * | 2016-11-11 | 2017-03-22 | 郑州大学 | 一种基于CuCo2S4的超级电容器材料及其制备和应用 |
| CN109179515A (zh) * | 2018-09-12 | 2019-01-11 | 成都理工大学 | 球状电催化材料及其制备方法 |
| CN110745871A (zh) * | 2019-10-27 | 2020-02-04 | 信阳师范学院 | 一种双金属硫化物超级电容器电极材料CuCo2S4的制备方法 |
| CN110721700A (zh) * | 2019-10-28 | 2020-01-24 | 安徽师范大学 | 一种铜钴硫纳米片阵列/钼箔复合材料、制备方法及其应用 |
| CN112409028A (zh) * | 2020-10-28 | 2021-02-26 | 桂林电子科技大学 | 一种CC-NiO-CuCoS复合材料及其制备方法和应用 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| KAI ZHANG ET AL: "Controllable preparation of CuCo2S4 nanotube arrays for high-performance hybrid supercapacitors", 《ELECTROCHIMICA ACTA》 * |
| 龙达洋;肖旭贤;: "铜钴硫化物材料的制备及其电化学性能研究", 广东化工 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN115440503B (zh) | 2023-05-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108346522B (zh) | 一种四氧化三钴分级结构纳米阵列材料、制备方法及其应用 | |
| Lv et al. | ZIF-67-assisted construction of hollow core/shell cactus-like MnNiCo trimetal electrodes and Co, N dual-doped carbon electrodes for high-performance hybrid supercapacitors | |
| Wei et al. | Construction of hierarchical three-dimensional interspersed flower-like nickel hydroxide for asymmetric supercapacitors | |
| CN112670093B (zh) | 一种多孔Co3O4@Ni-MOF核壳结构纳米片阵列材料及其制备方法和应用 | |
| US11410819B2 (en) | Method for preparing super capacitor electrode material Ni doped CoP3/foam nickel | |
| CN112233912B (zh) | 一种泡沫镍载MnCo2O4.5/MXene复合纳米材料的制备方法及应用 | |
| CN110176365B (zh) | 一种NiCo2O4/石墨烯水凝胶/泡沫镍复合电极的制备及其高性能超级电容器应用 | |
| CN109559902B (zh) | 一种金属有机框架衍生钴镍硼硫化物材料及其制备方法与应用 | |
| CN112103092B (zh) | 金属阳离子掺杂多硫化钴/氢氧化钴复合材料及其制备方法与应用 | |
| CN111816455A (zh) | 一种双金属有机框架纳米片及其在超级电容器中的应用 | |
| CN110767462A (zh) | 一种双金属镍钴碲化物超级电容器电极材料及其制备方法 | |
| CN111312999A (zh) | 一种石墨烯包覆镍铁双金属硫化物的钠离子电池负极材料的制备方法 | |
| CN111995760A (zh) | 一种钴-金属有机框架纳米片及其制备方法和应用 | |
| Zhang et al. | Self-sacrificial growth of hierarchical P (Ni, Co, Fe) for enhanced asymmetric supercapacitors and oxygen evolution reactions | |
| CN115207285A (zh) | 二硫化钼@二硫化钨@碳布电极材料、制备方法和应用 | |
| Fu et al. | Co nanoparticles-embedded hierarchical porous carbon network as high-performance cathode for lithium-sulfur batteries | |
| CN110415993B (zh) | 一种Mn-Co-S/Co-MOF纳米材料的制备方法及其应用 | |
| CN111899981A (zh) | 三维石墨烯泡沫为基底的钼酸钴纳米片阵列电极材料及其制备方法和应用 | |
| CN108242342B (zh) | 一种NiCo2O4@MnO2/泡沫镍/MnO2超级电容器复合电极材料的制备方法 | |
| CN112885613B (zh) | 一种纳米材料及其制备方法与应用 | |
| CN115440503B (zh) | 一种硫化钴铜纳米片及制备方法 | |
| CN111341567B (zh) | 一种3D杨絮衍生碳支撑NiCo-LDH纳米片超级电容器及制备方法 | |
| CN111192762B (zh) | 一种Cu-Co-P复合材料及其制备方法和应用 | |
| CN114758898A (zh) | C/N-NiCoFeMn LDH复合电极材料及其制备方法 | |
| CN110164703B (zh) | 多孔Fe3O4/C多面体材料及其制备方法和应用 |
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 |