CN108455685B - 一种N/Co3O4多孔复合材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种N/Co3O4多孔复合材料的制备方法。本发明的方法具体步骤如下：(1)首先将钴源与含氮聚合物按比例分散于乙醇中，然后进行溶剂热反应；(2)溶剂热反应结束后，将得到的产物干燥，并在空气中进行热处理；(3)将热处理后样品洗涤、干燥，得到N/Co3O4多孔复合材料。本发明反应条件温和、制备方法简单。制备得到的N/Co3O4多孔复合材料具有优异的孔道结构和高的比表面积，可以广泛应用于催化、锂离子电池、超级电容器领域。

Description

一种N/Co3O4多孔复合材料的制备方法
技术领域
本发明属于无机纳米材料和复合材料技术领域，具体的说，涉及一种N/Co3O4多孔复合材料的制备方法。
背景技术
近些年来，人们越来越关注锂离子电池、超级电容器等新型的储能器件，由于其性能在很多方面比传统电池要好，例如大的功率密度、长循环寿命、不污染环境等，因此开展关于超级电容器的理论研究和应用方面的工作具有重要的意义。
活性碳等价格便宜但电极内阻较大，Ru等贵重金属氧化物电极材料比电容量非常高，性能优越，但价格昂贵，并且贵金属易对环境造成污染，令其使用受到了限制；导电聚合物电容器也具有较高的功率密度，但由于其聚合物一般材料的本体较大，因此其比电容相对较低。所以近年来寻找新的价格便宜且比电容大的电极材料是研究的热点。
过渡金属氧化物(如Fe3O4、Co3O4和NiO等)具有较高的理论比容量，是石墨的两倍多。在众多过渡金属氧化物中，Co3O4因其高的理论比容量(890mAh g-1)、成本低并且资源丰宫等优点，吸引了研究者们的广泛研究兴趣。然而Co3O4导电性较差，且在充放电过程中随着裡离子的嵌入与脱出，不可避免的伴随着体积变化，使得电极材料发生粉化、开裂，导致电极材料的循环性能差，容量衰减大。为了改善其性能，目前常用的方法是对 Co3O4形貌进行调控或与碳基材料进行复合。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种N/Co3O4多孔复合材料的制备方法。本发明制备方法简单，得到的N/Co3O4多孔复合材料用作电极材料，具有良好的电化学性能。
本发明的技术方案具体介绍如下。
本发明提供一种N/Co3O4多孔复合材料的制备方法，具体步骤如下：
(1)首先将钴源与含氮聚合物按比例分散于乙醇中，然后进行溶剂热反应；
(2)溶剂热反应结束后，将得到的产物干燥，并在空气中进行热处理；
(3)将热处理后样品洗涤、干燥，得到N/Co3O4多孔复合材料。
本发明中，步骤(1)中，钴源为乙酸钴，含氮聚合物为聚四乙烯基吡啶。
本发明中，步骤(1)中，钴源与含氮聚合物的质量比为1：1-1：4。
本发明中，步骤(1)中，溶剂热反应温度为145-165℃，溶剂热反应时间为4-8h。
本发明中，步骤(2)中，热处理温度为350-450℃，热处理时间为1-3h。
本发明中，步骤(3)中，采用真空干燥方式进行干燥，温度为55-65℃。步骤(3) 中，用水洗涤，洗涤的目的在于除去金属无机盐级杂质。
本发明中，得到的N/Co3O4多孔复合材料的比表面积在105-141m2/g之间，材料中的氮的质量含量分别为5.4～8.1％。
和现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：
1、本发明通过溶剂热反应和高温碳化方法N/Co3O4多孔复合材料，方法简便。
2、本发明的方法制备出的N/Co3O4多孔复合材料具有优异的孔道结构，并含有高的氮含量，在超级电容器、锂离子电池等领域具有广泛的应用前景。
附图说明
图1是实施例1得到的N/Co3O4多孔复合材料的电镜图。
图2是实施例1得到的N/Co3O4多孔复合材料氮气吸附-脱附曲线图。
图3是实施例1得到的N/Co3O4多孔复合材料的平均孔径分布图。
图4是实施例1得到的N/Co3O4多孔复合材料的电化学充放电图。
具体实施方式
下面的实施例可以使本专业技术人员更全面地理解本发明，但不以任何形式限制本发明。
实施例1
一种N/Co3O4多孔复合材料的制备方法，包括以下步骤：首先将0.2g乙酸钴与0.2g聚四乙烯基吡啶分散于25ml乙醇中，然后在150℃下进行溶剂热反应，反应时间为6h；反应结束后，将得到的产物干燥，然后将干燥后的样品在空气中进行的高温炭化，碳化温度为420℃，碳化时间为2h，待样品冷却后用去离子水将其洗涤，60℃真空干燥得到N/Co3O4多孔复合材料。经由贝士德3H-2000PM2高性能比表面及微孔径分析仪测试其氮气吸脱附性能，得出该碳材料的比表面积为141m2/g，材料中的氮的质量含量由XPS测得为7.1％。图1为该实施例1得到的N/Co3O4多孔复合材料的电镜扫描图，由图可以看出，该材料形貌蓬松，内有大量孔隙分布穿插。图2为该材料的氮气吸脱附曲线，是典型的大孔结构特征。图3为孔径分布曲线，从图可以看出，该材料孔径主要分布在1nm和2.5nm，是良好的微孔-大孔多级孔碳材料，孔径分布集中而均一。图4为电化学充放电图，该材料倍率性能良好，经由公式C＝IΔt/(mV)计算，可得出其电容量为1112F/g。
实施例2
一种N/Co3O4多孔复合材料的制备方法，包括以下步骤：首先将0.2g乙酸钴与0.4g聚四乙烯基吡啶分散于25ml乙醇中，然后在160℃下进行溶剂热反应，反应时间为4h；反应结束后，将得到的产物干燥，然后将干燥后的样品在空气中进行的高温炭化，碳化温度为450℃，碳化时间为1h，待样品冷却后用去离子水将其洗涤，60℃真空干燥得到N/Co3O4多孔复合材料。该碳材料的比表面积为121m2/g，材料中的氮的质量含量为5.4％。
实施例3
一种N/Co3O4多孔复合材料的制备方法，包括以下步骤：首先将0.2g乙酸钴与0.8g聚四乙烯基吡啶分散于25ml乙醇中，然后在150℃下进行溶剂热反应，反应时间为8h；反应结束后，将得到的产物干燥，然后将干燥后的样品在空气中进行的高温炭化，碳化温度为350℃，碳化时间为3h，待样品冷却后用去离子水将其洗涤，60℃真空干燥得到N/Co3O4多孔复合材料。该碳材料的比表面积为105m2/g，材料中的氮的质量含量为8.1％。
实施例4
一种N/Co3O4多孔复合材料的制备方法，包括以下步骤：首先将0.2g乙酸钴与0.6g聚四乙烯基吡啶分散于25ml乙醇中，然后在150℃下进行溶剂热反应，反应时间为6h；反应结束后，将得到的产物干燥，然后将干燥后的样品在空气中进行的高温炭化，碳化温度为400℃，碳化时间为2h，待样品冷却后用去离子水将其洗涤，60℃真空干燥得到N/Co3O4多孔复合材料。该碳材料的比表面积为117m2/g，材料中的氮的质量含量为7.4％。
实施例5
一种N/Co3O4多孔复合材料的制备方法，包括以下步骤：首先将0.2g乙酸钴与0.25g聚四乙烯基吡啶分散于25ml乙醇中，然后在140℃下进行溶剂热反应，反应时间为5h；将得到的产物干燥，然后将干燥后的样品在空气中进行的高温炭化，碳化温度为380℃，碳化时间为3h，待样品冷却后用去离子水将其洗涤，60℃真空干燥得到N/Co3O4多孔复合材料。该碳材料的比表面积为136m2/g，材料中的氮的质量含量为7.3％。

Claims (2)

1.一种N/Co3O4多孔复合材料的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
(1)首先将钴源与含氮聚合物按比例分散于乙醇中，然后进行溶剂热反应；钴源为乙酸钴，含氮聚合物为聚四乙烯基吡啶，钴源与含氮聚合物的质量比为1：1-1：4；溶剂热反应温度为145-165℃，溶剂热反应时间为4-8h；
(2)溶剂热反应结束后，将得到的产物干燥，并在空气中进行热处理；热处理温度为350-450℃，热处理时间为1-3h；
(3)将热处理后样品洗涤、干燥，得到N/Co3O4多孔复合材料；采用水洗涤；采用真空干燥方式进行干燥，温度为55-65℃。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，制得的N/Co3O4多孔复合材料的比表面积在105-141m2/g之间，材料中的氮的质量含量分别为5.4～8.1％。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101249952A (zh) * 2008-03-27 2008-08-27 上海交通大学 利用生物质模板制备自掺杂氮分级多孔氧化物的方法
CN105244175A (zh) * 2015-09-21 2016-01-13 福州大学 一种氮掺杂石墨烯/四氧化三钴纳米复合材料

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101249952A (zh) * 2008-03-27 2008-08-27 上海交通大学 利用生物质模板制备自掺杂氮分级多孔氧化物的方法
CN105244175A (zh) * 2015-09-21 2016-01-13 福州大学 一种氮掺杂石墨烯/四氧化三钴纳米复合材料

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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Nitrogen-Doped Co3O4 Mesoporous Nanowire Arrays as an Additive-Free Air-Cathode for Flexible Solid-State Zinc–Air Batteries;Minghao Yu et al.;《Adv. Mater.》;20170210;第29卷;1602868 *

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Denomination of invention: A kind of preparation method of N/Co3O4porous composite material

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