CN114400147B - 一种自支撑的双金属基电极材料、其制备方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自支撑的双金属基电极材料、其制备方法及应用，该材料为核壳结构，核为在泡沫镍基体上负载的ZnCo2O4‑ZnO，壳为沉积于ZnCo2O4‑ZnO复合物表面的CoS。该方法为：对泡沫镍预处理；在泡沫镍上原位生长ZnxCo1‑x(OH)2前驱体，煅烧后得到ZnCo2O4‑ZnO；通过电沉积法在ZnCo2O4‑ZnO@C表面沉积CoS，得到该复合材料。该材料形成了稳定的三维结构，具有较高的比表面积和大量的活性位点，并与电解质充分接触，材料内部有足够的自由空间，可以有效缓解长期的法拉第反应；表现出较高的能量密度高、较长的循环寿命；该制备方法工艺简单，成本低廉，重现性强。
Description
技术领域
本发明涉及一种金属基电极材料、其制备方法及应用，尤其涉及一种自支撑的双金属基电极材料、其制备方法及应用。
背景技术
在经济高速发展的背景下，人们对无污染、可再生能源的需求日益增加。太阳能、风能、潮汐能、核能等绿色清洁能源的开发利用规模不断扩大，但是这些能源容易受到季节和地域性变化的影响，使用的连续性和稳定性得不到保障，因此开发使用高性能、可持续的能量转换、能量储存装置与其联用，可以有效地解决这类清洁能源输运的问题。
然而，目前商业化的超级电容器由于能量密度较低，仍然只能在快速充放电领域里发挥作用。如何提高超级电容器的能量密度一直是储能领域的一项重要课题。电极材料是影响超级电容器性能和生产成本的关键因素之一，因此研究和开发高性能、低成本的电极材料是超级电容器研发工作的重要内容。近年来，二元金属氧化物(如NiCo2O4和ZnCo2O4)受到越来越多的关注。它们可以在可逆容量、结构稳定性和导电性方面协同提高电化学性能。例如，二元锌钴氧化物(ZnCo2O4)表现出比单一氧化锌(ZnO)和氧化钴(Co3O4)更好的导电性和更高的电化学活性。然而ZnCo2O4导电性差、能量密度低和循环寿命短的问题严重限制了其在超级电容器领域的发展。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种能量密度高、循环寿命长的自支撑的双金属基电极材料；
本发明的第二个目的是提供上述自支撑的双金属基电极材料的制备方法；
本发明的第三个目的是提供上述自支撑的双金属基电极材料的应用。
技术方案：本发明的自支撑的双金属基电极材料，所述自支撑的双金属基电极材料为核壳结构，所述核壳结构的核为在泡沫镍基体上负载的ZnCo2O4-ZnO，所述核壳结构的壳为沉积于ZnCo2O4-ZnO复合物表面的CoS。
上述的自支撑的双金属基电极材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)对泡沫镍预处理；
(2)利用溶剂热法，在泡沫镍上原位生长ZnxCo1-x(OH)2前驱体；
(3)将ZnxCo1-x(OH)2前驱体煅烧，得到ZnCo2O4-ZnO；
(4)通过电沉积法在ZnCo2O4-ZnO@C表面沉积CoS，得到ZnCo2O4-ZnO@C@CoS复合材料。
其中，所述步骤(3)中，将ZnxCo1-x(OH)2前驱体煅烧之前，将ZnxCo1-x(OH)2前驱体与碳源混合进行碳包覆，煅烧后，得到碳包覆的ZnCo2O4-ZnO，记为ZnCo2O4-ZnO@C。
其中，步骤(4)中，所述电沉积时的扫描速率为5～10mV s-1，电沉积圈数为3～9圈。
其中，步骤(4)中，将硫脲加入到钴盐水溶液中，用作电沉积溶液；所述硫脲与钴盐的物质的量比为10:1～20:1。
其中，所述碳包覆的具体步骤为：将ZnxCo1-x(OH)2前驱体浸入葡萄糖水溶液中，进行溶剂热反应；将反应后所得产物进行煅烧；所述煅烧温度为350～400℃，时间为2～3h，升温速率为2～5℃/min。
其中，步骤(2)中，所述在泡沫镍上原位生长ZnxCo1-x(OH)2前驱体所述用的原料包括钴盐和锌盐，所述钴盐和锌盐的物质的量比为1：2～2：1。
其中，步骤(2)中，所述溶剂热的反应温度为110～130℃，反应时间为5～8h。
其中，步骤(2)中，所述在泡沫镍上原位生长ZnxCo1-x(OH)2前驱体所述用的原料还包括尿素；所述溶剂为水和乙醇。利用溶剂热法，得到的ZnxCo1-x(OH)2前驱体为球状。
上述自支撑的双金属基电极材料在超级电容器中的应用。
有益效果：本发明与现有技术相比，取得如下显著效果：1、本发明的ZnCo2O4-ZnO@CoS及ZnCo2O4-ZnO@C@CoS复合材料均为核壳结构，属于稳定的三维结构，具有较高的比表面积和大量的活性位点，并与电解质充分接触，三维复合材料内部有足够的自由空间，并且快速膨胀引起的应变和体积膨胀，可以有效缓解长期的法拉第反应；表现出较高的能量密度高、较长的循环寿命；2、该制备方法工艺简单，成本低廉，重现性强；3、该复合材料作为工作电极，铂片电极用作对电极以及甘汞电极电极用作参比电极的三电极***，在1.5A g-1电流密度时，质量比容量高达1944F g-1。4、该复合材料作为正电极材料制备非对称超级电容器的结构合理，性能稳定，在1A g-1电流密度时，质量比容量高达160F g-1。
附图说明
图1是实施例2中得到的ZnCo2O4-ZnO、ZnCo2O4-ZnO@C、ZnCo2O4-ZnO@C@CoS材料的X射线衍射谱图；
图2是实施例2中得到的ZnCo2O4-ZnO@C@CoS材料的扫描电镜图像；
图3是实施例2中得到的ZnCo2O4-ZnO@C@CoS材料的透射电子显微镜图；
图4是实施例2中得到的ZnCo2O4-ZnO、ZnCo2O4-ZnO@C、ZnCo2O4-ZnO@C@CoS材料的伏安特性曲线；
图5是实施例2中得到的ZnCo2O4-ZnO@C@CoS材料在不同扫率下的伏安特性曲线图；
图6是实施例2中得到的ZnCo2O4-ZnO@C@CoS材料在不同电流密度下的恒电流充放电曲线；
图7是将实施例2中得到的ZnCo2O4-ZnO@C@CoS材料应用于非对称超级电容器中的伏安特性曲线图；
图8是实施例1中得到的ZnCo2O4-ZnO@CoS复合材料在不同电流密度下的恒电流充放电曲线。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明作进一步详细描述。
实施例1
一种自支撑的ZnCo2O4-ZnO@CoS复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)泡沫镍的预处理：
依次以3mol L-1稀盐酸、去离子水和无水乙醇为清洗剂对泡沫镍进行超声清洗，最后以60℃真空干燥12h，得到预处理后的泡沫镍；
(2)通过溶剂热法，将1.5mmol六水合硝酸钴和1.5mmol六水合硝酸锌溶解到20mL去离子水和5mL无水乙醇中，再加入4mmol尿素，搅拌得到粉色的均匀溶液，转移到带有聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，放入步骤(1)得到的预处理后的泡沫镍，反应釜密封放置到烘箱中，130℃反应5h，自然冷却至室温后，再依次使用去离子水和无水乙醇对泡沫镍冲洗，60℃干燥12h，得到表面生长有ZnxCo1-x(OH)2前驱体的泡沫镍；
(3)将表面生长有ZnxCo1-x(OH)2前驱体的泡沫镍放入管式炉中，400℃煅烧2h，得到ZnCo2O4-ZnO；
(4)将20mmol硫脲加入到物质的量浓度为0.1mol L-1六水合氯化钴水溶液中，搅拌均匀之后用作电沉积溶液；使用电化学工作站在三电极***中电沉积CoS纳米片，其中，以生长ZnCo2O4-ZnO的泡沫镍作为工作电极，铂片电极作为对电极，甘汞电极作为参比电极，使用CV技术电沉积CoS纳米片，扫描速率为5mV s-1，电沉积圈数为6圈，电压范围为-1.2～0.2V，电沉积之后用去离子水和无水乙醇冲洗干净，在60℃下真空干燥12h，得到ZnCo2O4-ZnO@CoS复合材料。
实施例2
在实施例1的基础上，与实施例1不同的是：
步骤(3)中，在耐高温的玻璃瓶中，将表面生长有ZnxCo1-x(OH)2前驱体的泡沫镍放入物质的量浓度为0.05mol L-1葡萄糖水溶液中，密封放置到烘箱中，在85℃下反应8h，冷却至室温；将湿润的泡沫镍放入管式炉中，400℃煅烧2h，完成碳化步骤，得到ZnCo2O4-ZnO@C复合材料；
步骤(4)中，以生长ZnCo2O4-ZnO@C的泡沫镍作为工作电极，得到ZnCo2O4-ZnO@C@CoS-6复合材料。
实施例3
在实施例2的基础上，与实施例2不同的是，步骤(3)中，在烘箱中的反应温度为100℃，反应时间为6h。
实施例4
在实施例2的基础上，与实施例2不同的是，步骤(4)中，电沉积圈数为3圈，得到ZnCo2O4-ZnO@C@CoS-3复合材料。
实施例5
在实施例2的基础上，与实施例2不同的是，步骤(4)中，电沉积圈数为9圈，得到ZnCo2O4-ZnO@C@CoS-9复合材料。
实施例6
在实施例2的基础上，与实施例2不同的是，步骤(4)中，六水合氯化钴水溶液的物质的量浓度为0.05mol L-1，扫描速率为10mV s-1。
实施例7
在实施例2的基础上，与实施例2不同的是：步骤(2)中，六水合硝酸钴为1mmol，六水合硝酸锌为2mmol。
实施例8
在实施例2的基础上，与实施例2不同的是：步骤(2)中，六水合硝酸钴为2mmol，六水合硝酸锌为1mmol。
如图1所示，其中图1中的线a为实施例1步骤(3)中制得的ZnCo2O4-ZnO的X射线衍射谱图，图1中的线b为实施例2步骤(3)中制得的ZnCo2O4-ZnO@C的X射线衍射谱图、图1中的线c为实施例2步骤(4)中得到的ZnCo2O4-ZnO@C@CoS的X射线衍射谱图。由图1中可以看出，线b中没有碳的衍射峰出现，线c中没有CoS的衍射峰出现，但与线a相比，ZnCo2O4和ZnO的衍射峰均向左偏移，说明新生成的碳和CoS均为无定型结构。
如图2、3所示，分别为实施例2中得到的ZnCo2O4-ZnO@C@CoS复合材料的扫描电镜图、透射电子显微镜图，由图2可以看出，ZnCo2O4-ZnO@C@CoS复合材料为球形形貌，直径约为15μm，微球表面为相互连接的CoS纳米片；由图3可以看出，复合材料中存在纳米线和纳米片，其中，CoS纳米片为非晶结构，且为多孔结构。
如图4所示，图4中的线1、线2、线3分别为以实施例2中得到的ZnCo2O4-ZnO、ZnCo2O4-ZnO@C、ZnCo2O4-ZnO@C@CoS作为工作电极，在三电极体系中在扫速为10mV s-1条件下的循环伏安特性曲线；可以看出，ZnCo2O4-ZnO@C@CoS的循环伏安特性曲线具有一对明显的氧化还原峰和最大的闭合面积。
图5是不同扫率下实施例2中得到的ZnCo2O4-ZnO@C@CoS复合材料的伏安特性曲线图，图5中的线1的扫描速度为5mV s-1，线2的扫描速度为10mV s-1，线3的扫描速度为20mV s-1，线4的扫描速度为30mV s-1，线5的扫描速度为50mV s-1；可以看出，随着扫描速率的增加，ZnCo2O4-ZnO@C@CoS复合材料的伏安特性曲线仍保持良好的形状，具有较好的倍率性能。
图6是不同电流密度下实施例2中得到的ZnCo2O4-ZnO@C@CoS复合材料的恒电流充放电曲线，图6中线1、2、3、4、5、6和7分别是电流密度为1.5、2、3、5、8、10和20A g-1时的恒电流充放电曲线；可以看出，该复合材料的恒电流充放电曲线没有明显的平台，并且对称性良好，在1.5A g-1时，质量比容量为1944F g-1。
图7是将实施例2中得到的ZnCo2O4-ZnO@C@CoS材料应用于非对称超级电容器的伏安特性曲线图，图7中线1的扫描速度为5mV s-1，线2的扫描速度为10mV s-1，线3的扫描速度为20mV s-1，线4的扫描速度为30mV s-1，线5的扫描速度为50mV s-1；可以看出，非对称超级电容器的伏安特性曲线中没有明显的氧化还原峰，但随着扫描速率的增加，曲线形状保持良好，没有明显的极化。
图8是不同电流密度下实施例1中得到的ZnCo2O4-ZnO@CoS复合材料的恒电流充放电曲线，图8中线1、2、3、4、5和6分别是电流密度为1、2、3、5、10和20A g-1时的恒电流充放电曲线；可以看出，ZnCo2O4-ZnO@CoS复合材料的恒电流充放电曲线具有较好的对称性，在1Ag-1时，质量比容量为1696F g-1。
Claims (9)
1.一种自支撑的双金属基电极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）对泡沫镍预处理；
（2）利用溶剂热法，在泡沫镍上原位生长ZnxCo1-x(OH)2前驱体；
（3）将ZnxCo1-x(OH)2前驱体煅烧，得到ZnCo2O4-ZnO；将ZnxCo1-x(OH)2前驱体煅烧之前，将ZnxCo1-x(OH)2前驱体与碳源混合进行碳包覆，煅烧后，得到碳包覆的ZnCo2O4-ZnO，记为ZnCo2O4-ZnO@C；
（4）通过电沉积法在ZnCo2O4-ZnO@C表面沉积CoS，得到ZnCo2O4-ZnO@C@CoS复合材料。
2.根据权利要求1所述的自支撑的双金属基电极材料的制备方法，其特征在于，步骤（4）中，所述电沉积时的扫描速率为5 ~ 10mV s-1，电沉积圈数为3 ~ 9圈。
3.根据权利要求1所述的自支撑的双金属基电极材料的制备方法，其特征在于，步骤（4）中，将硫脲加入到钴盐水溶液中，用作电沉积溶液；所述硫脲与钴盐的物质的量比为10:1~20:1。
4.根据权利要求1所述的自支撑的双金属基电极材料的制备方法，其特征在于，所述碳包覆的具体步骤为：将ZnxCo1-x(OH)2前驱体浸入葡萄糖水溶液中，进行溶剂热反应；将反应后所得产物进行煅烧；所述煅烧温度为350 ~ 400℃，时间为2 ~ 3 h，升温速率为2 ~ 5℃/min。
5.根据权利要求1所述的自支撑的双金属基电极材料的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述在泡沫镍上原位生长ZnxCo1-x(OH)2前驱体用的原料包括钴盐和锌盐，所述钴盐和锌盐的物质的量比为1：2~2：1。
6.根据权利要求1所述的自支撑的双金属基电极材料的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述溶剂热的反应温度为110 ~ 130℃，反应时间为5 ~ 8 h。
7.根据权利要求1所述的自支撑的双金属基电极材料的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述在泡沫镍上原位生长ZnxCo1-x(OH)2前驱体用的原料还包括尿素；所述溶剂为水和乙醇。
8.一种权利要求1所述的方法制备的自支撑的双金属基电极材料，其特征在于，所述自支撑的双金属基电极材料为核壳结构，所述核壳结构的核为在泡沫镍基体上负载的ZnCo2O4-ZnO，所述核壳结构的壳为沉积于ZnCo2O4-ZnO复合物表面的CoS。
9.一种权利要求1所述的方法制备的自支撑的双金属基电极材料在超级电容器中的应用。
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Citations (5)
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|---|---|---|---|---|
| CN106992078A (zh) * | 2017-03-02 | 2017-07-28 | 同济大学 | 多孔碳/二元过渡金属氧化物微球材料的制备方法 |
| CN107275105A (zh) * | 2017-08-04 | 2017-10-20 | 南京理工大学 | 超级电容器电极材料及其制备方法 |
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| CN110224128A (zh) * | 2019-06-21 | 2019-09-10 | 南京农业大学 | 一种pva热解包覆碳的钴酸锌纳米阵列材料及其制备方法、应用 |
| CN112481640A (zh) * | 2020-12-01 | 2021-03-12 | 北京师范大学 | NiFe-LDH@CoSx/NF复合材料及其制备方法和应用 |
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106992078A (zh) * | 2017-03-02 | 2017-07-28 | 同济大学 | 多孔碳/二元过渡金属氧化物微球材料的制备方法 |
| CN107275105A (zh) * | 2017-08-04 | 2017-10-20 | 南京理工大学 | 超级电容器电极材料及其制备方法 |
| CN109830377A (zh) * | 2019-03-19 | 2019-05-31 | 西北工业大学 | NiCo2O4@Ni-Co-S纳米片阵列核壳结构材料的制备方法 |
| CN110224128A (zh) * | 2019-06-21 | 2019-09-10 | 南京农业大学 | 一种pva热解包覆碳的钴酸锌纳米阵列材料及其制备方法、应用 |
| CN112481640A (zh) * | 2020-12-01 | 2021-03-12 | 北京师范大学 | NiFe-LDH@CoSx/NF复合材料及其制备方法和应用 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Three-dimensional core–shell structured NiCo 2 O 4 @CoS/Ni-Foam electrocatalyst for oxygen evolution reaction and electrocatalytic oxidation of urea;Sangeeta Adhikari等;《Chemical Engineering Journal》;第第402卷卷;第126192页 * |
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