CN108298595B - 一种制备硫化铜钴微米球的方法 - Google Patents

一种制备硫化铜钴微米球的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种硫化铜钴微米球的制备方法，该方法将钴盐和铜盐按比例溶于水中，经过与尿素反应后获得碱式碳酸铜钴微米球粉末，然后将碱式碳酸铜钴微米球粉末与硫在高温下固相反应，即获得硫化铜钴微米球。本发明工艺简单、成本低，获得的产品纯度高，形态规则。

Description

一种制备硫化铜钴微米球的方法
技术领域
本发明涉及一种纳米功能材料制备技术领域，尤其涉及一种硫化铜钴微米球的制备方法。
背景技术
自上世纪70年代以来，过渡族金属硫化物由于具有特殊的光电性质，得到了研究人员的高度关注。针对单金属硫化物的硫化铜和硫化钴，最近的研究表明，硫化钴和硫化铜或它们与石墨烯的纳米复合材料在光催化、电催化、和太阳能电池等领域以及各种储能设备中将具有广泛应用前景，它们是一种制作超级电容的优越电极材料。单一金属硫化物和双金属硫化物相比，缺乏协同作用，因此多元金属硫化物在储能领域的应用受到了青睐，其中硫化铜钴(CuCo2S4)是一种多元过渡族金属硫化物，含有铜钴两种过渡族金属，它具有较高的电导率和高的电化学活性，最新的研究报道证实，相比于单一的金属硫化物，硫化铜钴更是一种具有优异电化学性能的电容电极材料，它具备稳定的电化学电容特性，是潜在的超级电容器电极材料。
当前广泛应用的制备硫化铜钴方法是在有机或者水溶液中，将固定比例的可溶性铜盐、钴盐和含硫的可溶化物反应获得的，所获得的产物都是晶体。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种制备硫化铜钴微米球的方法，本发明能够在较低的温度下，以较低的能耗和制备周期获得硫化铜钴产物。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种硫化铜钴微米球的制备方法，包括如下步骤：
(1)将金属离子摩尔比为2:1的钴盐和铜盐溶于去离子水中，获得总金属盐摩尔浓度为0.1摩尔/升的溶液，然后在溶液中加入尿素，充分搅拌，使尿素充分溶解于水溶液中，尿素的摩尔量是金属盐摩尔量和的4倍；
(2)将步骤(1)中的水溶液转移至高压反应釜中，填充率为35～50vol％，并将密封的高压反应釜加热到160～180℃，并在该温度条件下保温2～4小时，待反应结束后冷却到室温，混合液经过滤、洗涤、干燥后，即得到碱式碳酸铜钴微米球粉末；
(3)将0.6克硫粉和0.2克步骤2得到的碱式碳酸铜钴微米球粉末同时装入石英管中，两者相距5厘米，石英管从放置硫粉的一端连续通入氮气或惰性气体，排除石英管中的空气，然后将石英管加热到400度，并在400度保温2小时，不断通入氮气或惰性气体，待石英管冷却到室温后，就获得硫化铜钴微米球。
进一步地，所述的钴盐由钴的硝酸盐、醋酸盐中的一种或两种按任意配比混合组成；所述的铜盐由铜的硝酸盐、醋酸盐中的一种或两种按任意配比混合组成。
进一步地，所述惰性气体为氩气。
相对现有的溶液法制备技术，本发明具有如下有益效果：
1、制备的硫化铜钴微米球的原料成本低廉，工艺简单，易掌握实施；
2、制备温度相对较低、能耗少、制备周期短；
3、产品纯度高、形状规则。
附图说明
图1为根据实施例1的方法制备的碱式碳酸铜钴的XRD图；
图2为根据实施例1的方法制备的硫化铜钴的XRD图；
图3为根据实施例1的方法制备的硫化铜钴的SEM微观形貌图；
图4为根据实施例2的方法制备的碱式碳酸铜钴的XRD图；
图5为根据实施例2的方法制备的硫化铜钴的XRD图；
图6为根据实施例2的方法制备的硫化铜钴的SEM微观形貌图。
具体实施方式
实施例1
称取0.219克硝酸铜和0.679克六水合硝酸钴溶于35毫升去离子，搅拌使其充分混合溶解，然后在上述水溶液中加入0.841克尿素，搅拌溶液后，将上述溶液转移至容积为100毫升的反应釜中，将密闭的反应釜放到烘箱中，并逐步升温到160℃，随后在160℃条件下保温2小时；待反应结束，反应釜冷却至室温后，混合液经过滤、洗涤、干燥后，即得碱式碳酸铜钴微米球。然后把0.6克硫粉和0.2克碱式碳酸铜钴分别放置在石英舟上，两者相距5厘米，把石英舟放入石英管后，从硫粉一端通入100毫升/分钟氮气排空空气后，在氮气氛中把石英管在管式炉中逐渐加热到400度，然后保温2小时，在氮气氛中待石英管冷却到室温后，即获得硫化铜钴微米球。所得碱式碳酸铜钴微米球的XRD图谱如图1所示，从图中可以看出产物为纯的晶体结构，且没有其他杂质衍射峰；所得硫化铜钴微米球的XRD图谱如图2所示，产物是晶体；所得硫化铜钴微米球SEM微观形貌如图3所示。
实施例2
称取0.303克醋酸铜和0.59克醋酸钴溶于50毫升去离子，搅拌使其充分混合溶解，然后在上述水溶液中加入1.201克尿素，搅拌溶液后，将上述溶液转移至容积为100毫升的反应釜中，将密闭的反应釜放到烘箱中，并逐步升温到180℃，随后在180℃条件下保温4小时；待反应结束，反应釜冷却至室温后，混合液经过滤、洗涤、干燥后，即得碱式碳酸铜钴微米球。然后把0.6克硫粉和0.2克碱式碳酸铜钴分别放置在石英舟上，两者相距5厘米，把石英舟放入石英管后，从硫粉一端通入100毫升/分钟氩气排空空气后，在氩气氛中把石英管在管式炉中逐渐加热到400度，然后保温2小时，在氩气氛待石英管冷却到室温后，即获得硫化铜钴微米球。所得碱式碳酸铜钴微米球的XRD图谱如图4所示，从图中可以看出产物为晶体产物，而且没有其他杂质的衍射峰；所得硫化铜钴微米球的XRD图谱如图5所示，所得硫化铜钴微米球SEM微观形貌如图6所示。

Claims (5)

1.一种制备 硫化铜钴微米球的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将金属离子摩尔比为2:1的钴盐和铜盐溶于去离子水中，获得总金属盐摩尔浓度为0.1摩尔/升的溶液，然后在溶液中加入尿素，充分搅拌，使尿素充分溶解于水溶液中，尿素的摩尔量是金属盐摩尔量和的4倍；
(2)将步骤(1)中的水溶液转移至高压反应釜中，填充率为35～50vol％，并将密封的高压反应釜加热到160～180℃，并在该温度条件下保温2～4小时，待反应结束后冷却到室温，混合液经过滤、洗涤、干燥后，即得到碱式碳酸铜钴微米球粉末；
(3)将0.6克硫粉和0.2克步骤(2)得到的碱式碳酸铜钴微米球粉末同时装入石英管中，两者相距5厘米，石英管从放置硫粉的一端连续通入氮气或惰性气体，排除石英管中的空气，然后将石英管加热到400度，并在400度保温2小时，不断通入氮气或惰性气体，待石英管冷却到室温后，就获得硫化铜钴微米球。
2.根据权利要求1所述的制备硫化铜钴微米球的方法，其特征在于，所述的钴盐由钴的硝酸盐、醋酸盐中的一种或两种按任意配比混合组成；所述的铜盐由铜的硝酸盐、醋酸盐中的一种或两种按任意配比混合组成。
3.根据权利要求1所述的制备硫化铜钴微米球的方法，其特征在于，所述惰性气体为氩气。
4.根据权利要求1所述的制备硫化铜钴微米球的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，高压反应釜优选加热到160℃，并在该温度条件下保温2小时。
5.根据权利要求1所述的制备硫化铜钴微米球的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，高压反应釜优选加热到180℃，并在该温度条件下保温4小时。
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