[發(fā)明專利]一種非晶硫化鈷納米線及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010197337.1
• 申請日: 2020-03-19
• 公開（公告）號: CN111362316B
• 公開（公告）日: 2021-02-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 于琪瑤;王偉;胡俊;鎖國權(quán);方岱寧
• 申請（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類號: C01G51/00
• 分類號: C01G51/00;B82Y40/00;C01B32/15;B82Y30/00
• 代理公司: 北京遠(yuǎn)創(chuàng)理想知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11513
• 代理人: 衛(wèi)安樂

本發(fā)明公開了一種非晶硫化鈷納米線及其制備方法，該非晶硫化鈷納米線包括一碳納米框限域結(jié)構(gòu)以及填充于該碳納米框限域結(jié)構(gòu)內(nèi)的非晶硫化鈷納米線絲，該方法能夠簡單、高效、低成本地制備該非晶硫化鈷納米線，且制備的非晶硫化鈷納米線具有較高的導(dǎo)電性和較大比表面積，在離子電池領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于功能納米材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種非晶硫化鈷納米線及其制備方法。

背景技術(shù)

當(dāng)今社會為了保持經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，主要依賴于煤、石油等不可再生資源，但不可再生資源的不斷減少必將越來越明顯的限制經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會發(fā)展，而鋰離子電池的循環(huán)使用，可以降低對不可再生能源的需求量，是有效緩解這一問題的最佳選擇之一。

近年來，鋰離子電池商業(yè)化的成功引起了全世界的廣泛關(guān)注。多年來，各國政府都投入了大量的人力和物力進(jìn)行研究和開發(fā)，從而有效地促進(jìn)了鋰離子電池的商業(yè)化發(fā)展，但鋰資源的快速消耗造成價(jià)格上漲以及人們對電池能量密度的更高需求等問題均對鋰離子電池未來的發(fā)展提出了更多挑戰(zhàn)。為了解決上述問題，近年來研究人員圍繞金屬離子二次電池開展了諸多深入研究以期滿足市場需求。一方面，研究人員繼續(xù)從鋰離子電池體系內(nèi)部進(jìn)行深入挖掘，研發(fā)了許多性能優(yōu)異的電極材料；另一方面，和金屬鋰相比，鈉鉀金屬不僅儲量豐富，價(jià)格便宜，環(huán)境友好，而且室溫鈉離子電池和鉀離子電池的儲能機(jī)理與鋰離子電池極其相近，因而被認(rèn)為是能夠替代鋰離子電池而成為下一代汽車動力源與大型電站配套電源的理想選擇之一，而負(fù)極材料的制備與電化學(xué)性能的提升一直是提高電池整體性能的關(guān)鍵因素之一。

硫化鈷(CoS)是一種無毒、環(huán)保的半導(dǎo)體材料，具有特殊的八面體結(jié)構(gòu)，Co²⁺占據(jù)八面體的六個頂角，S^2-被Co²⁺包著處于八面體的中心。CoS的3d軌道電子排布結(jié)構(gòu)比較特殊，這些特殊結(jié)構(gòu)使其具有高的理論比容量、優(yōu)異的熱穩(wěn)定以及環(huán)境友好等特點(diǎn)，被科研工作認(rèn)為是最有潛力的離子電池負(fù)極材料。

目前，硫化鈷的合成方法主要分為高溫固相法、沉淀法、噴霧熱解法和微波合成法，但是這些方法不是合成條件苛刻，就是無法控制粉體的粒徑和形貌，更重要的是上述方法無法合成非晶態(tài)材料。這些年來，水熱/溶劑熱法合成硫化鈷已經(jīng)成為一種簡單高效的硫化鈷合成方法。一系列硫化鈷通過多種方法制備出來，到目前為止，關(guān)于這種非晶硫化鈷納米線@碳納米框限域結(jié)構(gòu)的合成還未有報(bào)道。就文獻(xiàn)調(diào)研而言，未見水熱/溶劑熱法合成非晶硫化鈷納米線@碳納米框限域結(jié)構(gòu)納米棒的報(bào)道。因此，能夠控制合成特定形貌的非晶硫化鈷納米線@碳納米框限域結(jié)構(gòu)，對于硫化鈷納米材料的發(fā)展具有極其重要的理論和實(shí)際意義。

發(fā)明內(nèi)容

為此，本發(fā)明意在提供一種非晶硫化鈷納米線及其制備方法，該制備方法所制備的非晶硫化鈷納米線為碳納米框限域結(jié)構(gòu)中填充有非晶硫化鈷納米線絲，該方法具有簡單、高效、低成本等優(yōu)點(diǎn)。

其中一方面，本發(fā)明提供了一種非晶硫化鈷納米線，所述非晶硫化鈷納米線包括一碳納米框限域結(jié)構(gòu)以及填充于該碳納米框限域結(jié)構(gòu)內(nèi)的非晶硫化鈷納米線絲，所述非晶硫化鈷納米線的線徑大小為100nm～1000nm。

其中另一方面，本發(fā)明還提供了一種用于制備上述非晶硫化鈷納米線的制備方法，該制備方法包括步驟：步驟1：將四水乙酸鈷和聚乙烯吡咯烷酮分別加入到無水乙醇中，完全溶解后配成混合溶液；步驟2：將所述步驟1中獲得的所述混合溶液超聲攪拌后轉(zhuǎn)移到反應(yīng)釜中進(jìn)行水熱處理，然后將反應(yīng)生成的粉末進(jìn)行離心收集并清洗洗滌，真空干燥至少12h后得到納米鈷棒狀前驅(qū)體；步驟3：將所述步驟2中獲得的所述納米鈷棒狀前驅(qū)體以及L-半胱氨酸和葡萄糖粉末分別加入到無水乙醇中，完全溶解后配成混合溶液；步驟4：將所述步驟3中獲得的所述混合溶液超聲攪拌后轉(zhuǎn)移到反應(yīng)釜中進(jìn)行水熱處理，然后將反應(yīng)生成的粉末進(jìn)行離心收集并清洗洗滌，真空干燥至少12h后得到所述非晶硫化鈷納米線。

進(jìn)一步地，所述步驟3中，所述納米鈷棒狀前驅(qū)體、L-半胱氨酸和葡萄糖粉末的質(zhì)量比為1:3:1或1:3:2或1:10:1。