[發(fā)明專利]一種形貌可控的CoSe2

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010104339.1
• 申請日: 2020-02-20
• 公開（公告）號: CN111349915B
• 公開（公告）日: 2021-11-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 何妍妍;周國偉;劉旭;李歡
• 申請（專利權(quán)）人: 齊魯工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: C23C18/12
• 分類號: C23C18/12;C23C8/62
• 代理公司: 濟南金迪知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37219
• 代理人: 王素平

本發(fā)明提供了一種形貌可控的CoSe₂/Ti復(fù)合材料及其制備方法，其制備方法包括步驟：將六水合硝酸鈷、NH₄F和六亞甲基四胺依次加入溶劑中，將得到混合溶液和鈦片進行水熱反應(yīng)，得到Co(OH)₂/Ti復(fù)合材料；將得到的Co(OH)₂/Ti復(fù)合材料在進行高溫煅燒，得到Co₃O₄/Ti復(fù)合材料；將得到的Co₃O₄/Ti復(fù)合材料與硒粉混合均勻，經(jīng)高溫煅燒，得到CoSe₂/Ti復(fù)合材料。本發(fā)明的制備方法工藝簡單，綠色環(huán)保安全，能耗低，可操作性強，且在制備過程中可得到形貌多樣的Co(OH)₂/Ti及Co₃O₄/Ti復(fù)合材料。本發(fā)明的方法對于制備過渡金屬硫?qū)倩衔?過渡金屬復(fù)合材料提供了新的思路。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種形貌可控的CoSe₂/Ti復(fù)合材料及其制備方法，屬于過渡金屬硒化物復(fù)合材料合成技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

為了解決化石燃料資源有限的問題和追求更加環(huán)保的儲能裝置，研究人員一直致力于尋找能量密度高，壽命長的電池材料。鈉離子電池和鋰離子電池具有相似的儲存能力，近年來，在許多領(lǐng)域得到廣泛的使用。迄今為止，各種負極材料已被研究并應(yīng)用于鋰離子或鈉離子電池，比如金屬氧化物，金屬硫化物和硒化物等。在所有負極材料中，金屬氧化物在充電/放電過程中的體積膨脹會導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)損壞，從而顯示出低可逆容量和較差的循環(huán)壽命；金屬硫化物則由于穿梭效應(yīng)并產(chǎn)生多硫化物離子，導(dǎo)致其循環(huán)性能較差。因此，探索具有優(yōu)異循環(huán)穩(wěn)定性和高的可逆容量的負極材料具有重要意義。而金屬硒化物具有高于金屬氧化物的理論容量和優(yōu)于金屬硫化物的長期循環(huán)性能，作為鋰離子和鈉離子電池的負極材料引起廣泛關(guān)注。

同時，在能源問題日益嚴峻的今天，煤炭、石油等傳統(tǒng)能源在使用時會產(chǎn)生較大的污染，并且面臨不斷枯竭的嚴重問題。氫氣作為一種新興的清潔且可再生的能源，在未來替代石油等傳統(tǒng)能源的方面有著光明的前途。電化學(xué)方法分解水可以通過利用太陽能、風(fēng)能等清潔的、非連續(xù)性的能源產(chǎn)生氫氣，提供了一種簡單、節(jié)能、高效、無污染的生產(chǎn)高純度氫的方法。但是，電化學(xué)方法分解水過程中，在陽極處的析氧反應(yīng)(OER)是一個復(fù)雜的四電子氧化體系，在動力學(xué)上比較緩慢，這會產(chǎn)生相當(dāng)大的過電位，造成總體效率比較低，因此，尋找高性能的析氧反應(yīng)(OER)催化劑勢在必行。為了使析氫反應(yīng)(HER)更加節(jié)能高效，尋找高性能的析氫反應(yīng)(HER)催化劑也有十分重要的意義。

近年來，二硒化鈷(CoSe₂)作為一種過渡金屬硫?qū)倩衔铮呀?jīng)被證實在電催化領(lǐng)域有較高的活性，并在電化學(xué)儲能方面有值得探索的應(yīng)用。CoSe₂具有較高的理論容量和長循環(huán)性能，可作為鋰離子和鈉離子電池的負極材料；同時，由于CoSe₂中 Co和Se在地球上的儲量豐富，鈷在地殼中的平均含量為0.001％，海洋中鈷總量約23億噸，而硒在地殼中的含量為0.000005％，而且價格便宜，在室溫下性質(zhì)十分穩(wěn)定， CoSe₂有望成為價格昂貴的貴金屬催化材料的替代品，用于電化學(xué)方法分解水的析氧和析氫反應(yīng)催化劑。但是CoSe₂材料本身電導(dǎo)率較低，循環(huán)穩(wěn)定性較差，且結(jié)構(gòu)和形貌復(fù)雜多樣較難控制，因此，需要對硒化鈷材料的結(jié)構(gòu)和合成方法進行設(shè)計和控制。

眾所周知，材料的催化活性與材料的結(jié)構(gòu)和形貌具有很大的關(guān)系，因此，開發(fā)制備工藝簡單、成本低廉的方法，來獲得特殊形貌、結(jié)構(gòu)的CoSe₂材料，是廣大研究工作者一直關(guān)注的熱點。例如：中國專利文件CN109046394A(申請?zhí)枺?01810879985.8) 公開了一種空心管狀CoSe₂納米材料及其制備方法和應(yīng)用，該方法首先制備出實心結(jié)構(gòu)的鈷基前驅(qū)體材料；進一步，在N,N-二甲基甲酰胺(DMF)液相環(huán)境中將實心結(jié)構(gòu)鈷基前驅(qū)體材料硒化為正交相CoSe₂構(gòu)成的空心管狀材料，但是該CoSe₂材料形貌單一且在制備過程中使用的有機溶劑DMF會對環(huán)境及人體產(chǎn)生不良影響。