CN116936779B - 一种氮掺杂多级孔碳负载纳米钴基异质结复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents
一种氮掺杂多级孔碳负载纳米钴基异质结复合材料及其制备方法和应用 Download PDFInfo
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Abstract
一种氮掺杂多级孔碳负载纳米钴基异质结复合材料及其制备方法和应用。所述的氮掺杂多级孔碳负载纳米钴基异质结复合材料包括基体和负载在基体上的纳米钴基异质结。本发明通过高温煅烧柠檬酸盐、氯化锌和含氮化合物制得氮掺杂多级孔碳材料，而后在氮掺杂多级孔碳材料上复合钴盐，通过硒化硫化过程直接将钴盐转化为二硒化钴‑二硫化钴异质结。将所述复合材料应用于锂硫电池，二硒化钴‑二硫化钴异质结综合了各自在锂硫电池中的作用，异质结构与多硫化锂较强的极性作用提高了电化学反应动力学，氮掺杂多级孔碳一方面提高了吸附多硫化锂的能力，另外一方面缓解了材料的体积膨胀，使得锂硫电池在长循环和倍率性能上得到了极大提升。
Description
技术领域
本发明涉及锂硫电池正极材料技术领域，具体涉及一种氮掺杂多级孔碳负载纳米钴基异质结复合材料及其制备方法和应用。
背景技术
在储能技术研究日益增多的背景下，锂硫电池因其具有2600 Wh /kg的高比能量密度、1675 mAh /g的高比容量、低硫成本、无毒等优势，被认为是超越传统锂离子电池的未来理想储能器件之一。然而，锂硫电池从实验阶段到商业应用的过程中还面临着许多难题。例如，由硫生成的长链多硫化锂容易溶解在电解液中，然后扩散到硫电极外，引起“穿梭效应”，导致硫活性物质的损失，严重降低电池的比容量和循环寿命；硫和最终产物硫化锂的密度差异性导致的体积膨胀；此外，在一定的截止电压范围内，硫物种之间较为缓慢的转化动力学会产生较大的电压降，使放电过程提前到达截止电压，严重降低电池放电容量。针对上述问题，有一些研究人员提出了有效的策略来调节和优化锂硫电池的各个组成部分，以获得出色的电池性能。例如，利用多孔碳等碳基材料封装单质硫，为硫物种的氧化还原反应提供了场所，有效缓解了“穿梭效应”。碳基材料可以有效地捕获低电流密度下产生的多硫化锂，但在高电流密度下难以吸附在正极表面快速积累的多硫化锂。因此，积累的多硫化锂会引起电池内阻增加，从而使放电过程提前结束。在碳基材料中引入极性无机化合物以提高吸附、催化多硫化锂转化能力已成为优化锂硫电池的主要策略。然而，引入的化合物多为使用单一化合物，可能实现有限的功能。将含有不同组分的化合物异质结锚定在合理设计的碳基上是一种提高锂硫电池性能的方法。研究表明，在锂硫电池领域应用中，作为过渡金属硒化物的典型代表，二硒化钴，一方面能够强有力的吸附多硫化锂，另外一方面能够加快多硫化锂的转化速度，具有较高的催化活性，其较高的电导率也利于电子的传输，但二硒化钴的制备粒径往往较大，这不利于催化活性位点的有效利用。而二硫化钴相比于二硒化钴的制备粒径往往较小，有利于催化活性位点的有效利用，但二硫化钴与多硫化锂的结合及催化转化多硫化锂的能力弱于二硒化钴。将二者结合起来，可有效提高催化活性位点的利用，提高对多硫化锂的催化转化能力，且硫与硒元素同族，可同时制备相应硒硫化合物，也是锂硫电池领域中的新型催化剂，制备工艺优于同类型的金属氧化物类异质结。公开号为CN115566195A的中国发明专利公开了一种以钴基金属有机骨架为基底制备的CoS-CoP异质结方法，用于锂硫电池正极展现了一定的电化学性能，但是金属有机骨架配体价格较贵，其衍生物催化剂含量过高，载硫过程容易结块，导致载硫量过低。将金属盐类直接转化为异质结复合材料负载于廉价碳基材料上并应用于锂硫电池鲜有文献与专利报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种氮掺杂多级孔碳负载纳米钴基异质结复合材料及其制备方法和应用，所构建的纳米钴基异质结可发挥二硒化钴、二硫化钴及两相异质结界面的催化多硫化锂活性，提高锂硫电池的电化学反应动力学，抑制电池内部的“穿梭效应”，另外，氮掺杂多级孔碳基体材料为多硫化锂的存储提供了场所，能够有效缓解电化学反应产物所引起的体积膨胀，保证材料的完整性，最终提高锂硫电池的倍率与循环性能。
本发明所采用的技术方案是，一种氮掺杂多级孔碳负载纳米钴基异质结复合材料，所述的氮掺杂多级孔碳负载纳米钴基异质结复合材料包括基体和负载在基体上的纳米钴基异质结；所述基体为氮掺杂多级孔碳，所述纳米钴基异质结为二硒化钴-二硫化钴异质结。
具体的，所述的二硒化钴-二硫化钴异质结粒径为10~30nm。
本发明还提供了一种氮掺杂多级孔碳负载纳米钴基异质结复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将柠檬酸盐、氯化锌和含氮化合物溶于去离子水中，得到澄清溶液，将澄清溶液进行冷冻干燥除去水分，得到氮掺杂多级孔碳前驱体粉末；
（2） 将氮掺杂多级孔碳前驱体粉末在氩气或氮气氛围下，以5~20℃/min升温速率升温至600~700℃，煅烧2~4h，将煅烧产物洗涤、干燥，得到氮掺杂多级孔碳材料；
（3） 将氮掺杂多级孔碳材料与钴源按质量比1：（0.45~0.95）进行超声分散均匀，然后干燥得到载有钴源的氮掺杂多级孔碳材料，所述钴源为硝酸钴、乙酸钴、氯化钴、硫酸钴、乙酰丙酮钴或磷酸钴中的一种；
（4） 将载有钴源的氮掺杂多级孔碳材料与硒粉和硫粉在氩气或氮气氛围中煅烧，最终形成氮掺杂多级孔碳负载纳米钴基异质结复合材料。
具体的，所述步骤（1）中，柠檬酸盐为柠檬酸钠、柠檬酸钾、柠檬酸镁或柠檬酸钙的一种，含氮化合物为尿素、双氰胺或三聚氰胺的一种，柠檬酸盐、氯化锌和含氮化合物的质量比为1：（0.20~0.26）：（0.09~0.12），冷冻干燥温度为-60~-70℃，干燥时间为16~24h。
具体的，所述步骤（2）中，煅烧产物的洗涤方式为，在1~3M稀盐酸或稀硫酸中搅拌6~10h，而后用去离子水和无水乙醇交替清洗3~5次，干燥方式为真空干燥，干燥温度为60~80℃，干燥时间为8~12h。
具体的，所述步骤（3）中，干燥方式为真空干燥，干燥温度为100~120℃，干燥时间为10~12h。
具体的，所述步骤（4）中载有钴源的氮掺杂多级孔碳材料、硒粉和硫粉的质量比为1：（0.48~0.55）：（0.48~0.55），煅烧温度为400~500℃，升温速率为2~5℃/min，煅烧时间为2~6h。
上述氮掺杂多级孔碳负载纳米钴基异质结复合材料在锂硫电池上的应用，将所合成的氮掺杂多级孔碳负载纳米钴基异质结复合材料与硫磺混合制得正极极片，应用于锂硫电池，具体步骤为：
（a） 将聚偏氟乙烯放入真空干燥箱中，在80~100℃下干燥12~20h后取出备用；称取1.5~2.0g已干燥的聚偏氟乙烯溶于16.5~23.5g的N-甲基吡咯烷酮，密封之后持续搅拌6~10h，直至聚偏氟乙烯完全溶解，得到稠状透明粘结剂分散液；
（b） 将氮掺杂多级孔碳负载纳米钴基异质结复合材料与硫磺按照1:（2.0~9.0）质量比混合于无水乙醇中，以400~800r/min转速球磨1.5~2h，干燥后置于155℃加热12~20h，得到载硫后的复合材料；将载硫后的复合材料、导电炭黑和第一步制得的粘结剂分散液按7:2:1（粘结剂分散液质量以最终的聚偏氟乙烯为准）质量比溶于N-甲基吡咯烷酮中，搅拌混合6~8h得到均匀浆料；将制得的浆料涂覆在铝箔上，在鼓风干燥箱中60~80℃干燥10~12h；采用专用切片机裁剪涂有材料的铝箔，直径尺寸约为12mm；
（c） 将正极壳、步骤（b）制得的正极极片、一定体积的锂硫电解液、聚丙烯隔膜、垫片和负极壳按顺序组装成电池，电解液的加入体积为25~40µL，正极极片载硫量为1.3~4.2mg/cm2。
本发明的有益效果：（1）构建的氮掺杂多级孔碳负载纳米钴基异质结复合材料可协同发挥二硒化钴、二硫化钴及两相异质结界面的催化多硫化锂活性，提高电化学反应动力学。 （2）多级孔碳材料为多硫化锂的存储提供了场所，有效缓解了电化学反应产物所引起的体积膨胀，更加保证了材料的完整性。（3）构建的氮掺杂多级孔碳负载纳米钴基异质结复合材料作为锂硫电池的正极表现出了良好的倍率和循环性能。在2C和4C充放电高倍率下，能够实现890~950mAh/g和750~815mAh/g的比容量。在1C充放电倍率下，首圈达到970~1065mAh/g的比容量，循环300圈后，其容量衰减率为0.07%~0.12%。
附图说明
图1为实施例1氮掺杂多级孔碳负载纳米钴基异质结复合材料的XRD图与PDF标准卡片对照图。
图2为实施例1氮掺杂多级孔碳的BET图。
图3为实施例1氮掺杂多级孔碳负载纳米钴基异质结复合材料的SEM图。
图4为实施例1氮掺杂多级孔碳负载纳米钴基异质结复合材料的TEM图。
图5为实施例1与对比例1和2氮掺杂多级孔碳负载纳米钴基异质结复合材料作为正极材料用于锂硫电池在1C倍率下的长循环性能图。
图6为实施例1与对比例1和2氮掺杂多级孔碳负载纳米钴基异质结复合材料作为正极材料用于锂硫电池的倍率性能图。
图7为实施例5氮掺杂多级孔碳负载纳米钴基异质结复合材料作为正极材料用于锂硫电池的高载硫量性能图。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。说明书附图和实施仅用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
实施例1
（1）将10.0g柠檬酸钠、2.0g氯化锌和0.9g尿素溶于去离子水中，然后进行冷冻干燥，冷冻干燥温度为-60℃，干燥时间为24h，得到氮掺杂多级孔碳前驱体粉末；
（2）将氮掺杂多级孔碳前驱体粉末在氩气气氛下以升温速率为5℃/min、煅烧温度为700℃条件进行煅烧2h，煅烧得到的材料在3M稀盐酸中搅拌洗涤10h，而后用去离子水和无水乙醇交替洗涤3~5次，80℃下真空干燥干燥12h得到氮掺杂多级孔碳材料；
（3） 将0.4g氮掺杂多级孔碳材料与0.18g硝酸钴超声分散30min，而后在100℃下真空干燥12h得到载有钴源的多级孔碳材料；
（4） 将0.4g载有钴源的氮掺杂多级孔碳材料、0.192g硒粉和0.192g硫粉在氩气气氛下以2℃/min升温至500℃煅烧2h，自然冷却至室温得到氮掺杂多级孔碳负载纳米钴基异质结复合材料。
上述实施例1氮掺杂多级孔碳负载纳米钴基异质结复合材料在锂硫电池上的应用，具体步骤为：
（a）将聚偏氟乙烯放入真空干燥箱中，在80℃下干燥12h后取出备用；称取2.0g已干燥的聚偏氟乙烯溶于23.0g的N-甲基吡咯烷酮，密封之后持续搅拌8h，直至聚偏氟乙烯完全溶解，得到稠状透明粘结剂分散液；
（b）将氮掺杂多级孔碳负载纳米钴基异质结复合材料与硫粉按照3:7质量比混合于无水乙醇中，以400r/min转速球磨2h，干燥后置于155℃加热12h，得到载硫后的复合材料；将载硫后的复合材料、导电炭黑和第一步制得的粘结剂分散液按7:2:1（粘结剂分散液质量以最终的聚偏氟乙烯为准）质量比溶于N-甲基吡咯烷酮中，搅拌混合8h得到均匀浆料；将制得的浆料按涂覆在铝箔上，在鼓风干燥箱中60℃干燥12h；采用专用切片机裁剪涂有材料的铝箔，直径尺寸约为12mm；
（c）将正极壳、步骤（b）制得的正极极片、一定体积的锂硫电解液、聚丙烯隔膜、垫片和负极壳按顺序组装成电池，电解液的加入体积为25µL，正极极片载硫量为1.4mg/cm2。
实施例2
（1）将10.0g柠檬酸钾、2.6g氯化锌和1.2g双氰胺溶于去离子水中，然后进行冷冻干燥，冷冻干燥温度为-70℃，干燥时间为16h，得到氮掺杂多级孔碳前驱体粉末；
（2）将氮掺杂多级孔碳前驱体粉末在氩气气氛下以升温速率为20℃/min、煅烧温度为600℃条件进行煅烧4h，煅烧得到的材料在1M稀硫酸中搅拌洗涤6h，而后用去离子水和无水乙醇交替洗涤3~5次，60℃下真空干燥8h得到氮掺杂多级孔碳材料；
（3）将0.4g氮掺杂多级孔碳材料与0.38g乙酸钴超声分散30min，而后在120℃下真空干燥10h得到载有钴源的多级孔碳材料；
（4） 将0.4g载有钴源的氮掺杂多级孔碳材料、0.22g硒粉和0.22g硫粉在氩气气氛下以5℃/min升温至400℃煅烧4h，自然冷却至室温得到氮掺杂多级孔碳负载纳米钴基异质结复合材料。
上述实施例2氮掺杂多级孔碳负载纳米钴基异质结复合材料在锂硫电池上的应用同实施例1。
实施例3
（1）将10.0g柠檬酸镁、2.3g氯化锌和1.05g三聚氰胺溶于去离子水中，然后进行冷冻干燥，冷冻干燥温度为-65℃，干燥时间为20h，得到氮掺杂多级孔碳前驱体粉末；
（2）将氮掺杂多级孔碳前驱体粉末在氮气气氛下以升温速率为10℃/min、煅烧温度为650℃条件进行煅烧3h，煅烧得到的材料在2M稀硫酸中搅拌洗涤8h，而后用去离子水和无水乙醇交替洗涤3~5次，70℃下真空干燥10h得到氮掺杂多级孔碳材料；
（3）将0.4g氮掺杂多级孔碳材料与0.28g氯化钴超声分散30min，而后在120℃下真空干燥10h得到载有钴源的多级孔碳材料；
（4） 将0.4g载有钴源的氮掺杂多级孔碳材料、0.206g硒粉和0.206g硫粉在氩气气氛下以3℃/min升温至450℃煅烧2h，自然冷却至室温得到氮掺杂多级孔碳负载纳米钴基异质结复合材料。
上述实施例3氮掺杂多级孔碳负载纳米钴基异质结复合材料在锂硫电池上的应用同实施例1。
实施例4
（1）将10.0g柠檬酸钙、2.4g氯化锌和1.1g三聚氰胺溶于去离子水中，然后进行冷冻干燥，冷冻干燥温度为-60℃，干燥时间为20h，得到氮掺杂多级孔碳前驱体粉末；
（2）将氮掺杂多级孔碳前驱体粉末在氩气气氛下以升温速率为10℃/min、煅烧温度为650℃条件进行煅烧3h，煅烧得到的材料在2M稀盐酸中搅拌洗涤8h，而后用去离子水和无水乙醇交替洗涤3~5次，80℃下真空干燥10h得到氮掺杂多级孔碳材料；
（3）将0.4g氮掺杂多级孔碳材料与0.32g硝酸钴超声分散30min，而后在120℃下真空干燥10h得到载有钴源的多级孔碳材料；
（4） 将0.4g载有钴源的氮掺杂多级孔碳材料、0.2g硒粉和0.2g硫粉在氩气气氛下以3℃/min升温至500℃煅烧3h，自然冷却至室温得到氮掺杂多级孔碳负载纳米钴基异质结复合材料。
上述实施例4氮掺杂多级孔碳负载纳米钴基异质结复合材料在锂硫电池上的应用同实施例1。
实施例5
实施步骤与实施例1相同，与实施例1不同之处在于将0.18g硝酸钴替换为0.38g硫酸钴。
实施例6
实施步骤与实施例1相同，与实施例1不同之处在于将0.18g硝酸钴替换为0.32g乙酰丙酮钴。
实施例7
实施步骤与实施例1相同，与实施例1不同之处在于将0.18g硝酸钴替换为0.28g磷酸钴。
实施例8
（1）将10.0g柠檬酸钠、2.0g氯化锌和0.9g尿素溶于去离子水中，然后进行冷冻干燥，冷冻干燥温度为-60℃，干燥时间为24h，得到氮掺杂多级孔碳前驱体粉末；
（2）将氮掺杂多级孔碳前驱体粉末在氩气气氛下以升温速率为5℃/min、煅烧温度为700℃条件进行煅烧2h，煅烧得到的材料在3M稀硫酸中搅拌洗涤10h，而后用去离子水和无水乙醇交替洗涤3~5次，80℃下真空干燥干燥12h得到氮掺杂多级孔碳材料；
（3） 将0.4g氮掺杂多级孔碳材料与0.18g硝酸钴超声分散30min，而后在100℃下真空干燥12h得到载有钴源的多级孔碳材料；
（4） 将0.4g载有钴源的氮掺杂多级孔碳材料、0.192g硒粉和0.192g硫粉在氩气气氛下以2℃/min升温至500℃煅烧6h，自然冷却至室温得到氮掺杂多级孔碳负载纳米钴基异质结复合材料。
上述实施例８氮掺杂多级孔碳负载纳米钴基异质结复合材料在锂硫电池上的应用，具体步骤为：
（a）将聚偏氟乙烯放入真空干燥箱中，在80℃下干燥12h后取出备用；称取2.0g已干燥的聚偏氟乙烯溶于23.0g的N-甲基吡咯烷酮，密封之后持续搅拌8h，直至聚偏氟乙烯完全溶解，得到稠状透明粘结剂分散液；
（b）将氮掺杂多级孔碳负载纳米钴基异质结复合材料与硫粉按照1:9质量比混合于无水乙醇中，以400r/min转速球磨2h，干燥后置于155℃加热12h，得到载硫后的复合材料；将载硫后的复合材料、导电炭黑和第一步制得的粘结剂分散液按7:2:1（粘结剂分散液质量以最终的聚偏氟乙烯为准）质量比溶于N-甲基吡咯烷酮中，搅拌混合8h得到均匀浆料；将制得的浆料按涂覆在铝箔上，在鼓风干燥箱中60℃干燥12h；采用专用切片机裁剪涂有材料的铝箔，直径尺寸约为12mm；
（c）将正极壳、步骤（b）制得的正极极片、一定体积的锂硫电解液、聚丙烯隔膜、垫片和负极壳按顺序组装成电池，电解液的加入体积为50µL，正极极片载硫量为4.2mg/cm2。
实施例1-8得到的氮掺杂多级孔碳负载纳米钴基异质结复合材料包括基体和负载在基体上的纳米钴基异质结；所述基体为氮掺杂多级孔碳，所述纳米钴基异质结为二硒化钴-二硫化钴异质结。所述的二硒化钴-二硫化钴异质结粒径为10~30nm。所述的二硒化钴-二硫化钴异质结占比约为30~53%。
对比例1
（1）将10.0g柠檬酸钠、2.0g氯化锌和0.9g尿素溶于去离子水中，然后进行冷冻干燥，冷冻干燥温度为-60℃，干燥时间为24h，得到氮掺杂多级孔碳前驱体粉末；
（2）将氮掺杂多级孔碳前驱体粉末在氩气气氛下以升温速率为5℃/min、煅烧温度为700℃条件进行煅烧2h，煅烧得到的材料在3M稀盐酸中搅拌洗涤10h，而后用去离子水和无水乙醇交替洗涤3~5次，80℃下真空干燥干燥12h得到氮掺杂多级孔碳材料；
（3） 将0.4g氮掺杂多级孔碳材料与0.18g硝酸钴超声分散30min，而后在100℃下真空干燥12h得到载有钴源的多级孔碳材料；
（4） 将0.4g载有钴源的氮掺杂多级孔碳材料、0.192g硒粉在氩气气氛下以2℃/min升温至500℃煅烧2h，自然冷却至室温得到氮掺杂多级孔碳负载纳米钴基异质结复合材料。
上述对比例1氮掺杂多级孔碳负载纳米钴基异质结复合材料在锂硫电池上的应用同实施例1。
对比例2
（1）将10.0g柠檬酸钠、2.0g氯化锌和0.9g尿素溶于去离子水中，然后进行冷冻干燥，冷冻干燥温度为-60℃，干燥时间为24h，得到氮掺杂多级孔碳前驱体粉末；
（2）将氮掺杂多级孔碳前驱体粉末在氩气气氛下以升温速率为5℃/min、煅烧温度为700℃条件进行煅烧2h，煅烧得到的材料在3M稀盐酸中搅拌洗涤10h，而后用去离子水和无水乙醇交替洗涤3~5次，80℃下真空干燥干燥12h得到氮掺杂多级孔碳材料；
（3） 将0.4g氮掺杂多级孔碳材料与0.18g硝酸钴超声分散30min，而后在100℃下真空干燥12h得到载有钴源的多级孔碳材料；
（4） 将0.4g载有钴源的氮掺杂多级孔碳材料、0.192g硫粉在氩气气氛下以2℃/min升温至500℃煅烧2h，自然冷却至室温得到氮掺杂多级孔碳负载纳米钴基异质结复合材料。
上述对比例2氮掺杂多级孔碳负载纳米钴基异质结复合材料在锂硫电池上的应用同实施例1。
采用XRD测试所制备的实施例1氮掺杂多级孔碳负载纳米钴基异质结复合材料，如图1所示，所显示的特征峰与PDF标准卡号一致，表明合成的材料包含二硒化钴和二硫化钴，另外，在25.5°左右处的包峰显示碳的存在。图2中显示的碳基体材料的BET表明基体为多级孔分布的碳材料。
由图3可知，氮掺杂多级孔碳负载纳米钴基异质结复合材料的微观形貌为不规则的褶皱片状，表面有微小的二硒化钴-二硫化钴颗粒。在高温烧结过程中，碳酸钠的形成相当于材料模板，经过盐酸洗涤除去碳酸钠后，会在碳材料内部形成包含大孔、介孔和微孔的多级孔。负载钴源后，经过硒化/硫化过程，二硒化钴-二硫化钴的异质结会镶嵌在这些孔内，为吸附和催化转化多硫化锂提供了条件。图4的TEM图进一步表明二硒化钴-二硫化钴颗粒被多级孔碳均匀包覆。
经过电化学性能测试，结合表1数据所示，图5为实施例1和对比例1和2在１C倍率下的长循环性能图，实施例1首圈放电容量为1064.5mAh/g，循环300圈后，容量保持为819.2mAh/g，其容量衰减率为0.077%，而对比例1和对比例2在同样情况下，300圈展现出较差的循环稳定性和较高的容量衰减率。图6的倍率性能对比图中，在2C和4C充放电高倍率下，能够实现945.2和814.3mAh/g的比容量，同样高于同等情况下对比例1和2所展示的容量。表明二硒化钴-二硫化钴异质结优于单一硒化钴和单一硫化钴的催化活性。另外，图7展示了将实施例8氮掺杂多级孔碳负载纳米钴基异质结复合材料作为正极的高载量电池性能，在单载硫量为4.2mg/cm2，0.2C放电倍率下，200圈后面容量仍可保持在2.62mAh/cm2，极具实际应用潜力。
Claims (6)
1.一种氮掺杂多级孔碳负载纳米钴基异质结复合材料，其特征在于，所述的氮掺杂多级孔碳负载纳米钴基异质结复合材料包括基体和负载在基体上的纳米钴基异质结；所述基体为氮掺杂多级孔碳，所述纳米钴基异质结为二硒化钴-二硫化钴异质结；所述的二硒化钴-二硫化钴异质结粒径为10~30nm；
所述的氮掺杂多级孔碳负载纳米钴基异质结复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将柠檬酸盐、氯化锌和含氮化合物溶于去离子水中，得到澄清溶液，将澄清溶液进行冷冻干燥除去水分，得到氮掺杂多级孔碳前驱体粉末；
（2） 将氮掺杂多级孔碳前驱体粉末在氩气或氮气氛围下，以5~20℃/min升温速率升温至600~700℃，煅烧2~4h，将煅烧产物洗涤、干燥，得到氮掺杂多级孔碳材料；
（3） 将氮掺杂多级孔碳材料与钴源按质量比1：（0.45~0.95）进行超声分散均匀，然后干燥得到载有钴源的氮掺杂多级孔碳材料，所述钴源为硝酸钴、乙酸钴、氯化钴、硫酸钴、乙酰丙酮钴或磷酸钴中的一种；
（4） 将载有钴源的氮掺杂多级孔碳材料与硒粉和硫粉在氩气或氮气氛围中煅烧，最终形成氮掺杂多级孔碳负载纳米钴基异质结复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种氮掺杂多级孔碳负载纳米钴基异质结复合材料，其特征在于，所述步骤（1）中，柠檬酸盐为柠檬酸钠、柠檬酸钾、柠檬酸镁或柠檬酸钙的一种，含氮化合物为尿素、双氰胺或三聚氰胺的一种，柠檬酸盐、氯化锌和含氮化合物的质量比为1：（0.20~0.26）：（0.09~0.12），冷冻干燥温度为-60~-70℃，干燥时间为16~24h。
3.根据权利要求1所述的一种氮掺杂多级孔碳负载纳米钴基异质结复合材料，其特征在于，所述步骤（2）中，煅烧产物的洗涤方式为，在1~3M稀盐酸或稀硫酸中搅拌6~10h，而后用去离子水和无水乙醇交替清洗3~5次，干燥方式为真空干燥，干燥温度为60~80℃，干燥时间为8~12h。
4.根据权利要求1所述的一种氮掺杂多级孔碳负载纳米钴基异质结复合材料，其特征在于，所述步骤（3）中，干燥方式为真空干燥，干燥温度为100~120℃，干燥时间为10~12h。
5.根据权利要求1所述的一种氮掺杂多级孔碳负载纳米钴基异质结复合材料，其特征在于，所述步骤（4）中载有钴源的氮掺杂多级孔碳材料、硒粉和硫粉的质量比为1：（0.48~0.55）：（0.48~0.55），煅烧温度为400~500℃，升温速率为2~5℃/min，煅烧时间为2~6h。
6.如权利要求1所述的氮掺杂多级孔碳负载纳米钴基异质结复合材料在锂硫电池上的应用。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311193852.2A CN116936779B (zh) | 2023-09-15 | 2023-09-15 | 一种氮掺杂多级孔碳负载纳米钴基异质结复合材料及其制备方法和应用 |
Applications Claiming Priority (1)
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