一种中空管异质结电极材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及电极材料技术领域，尤其涉及一种中空管异质结电极材料及其制备方法和应用。本发明专利技术提供的制备方法，包括以下步骤：将氯化钴、尿素和水第一混合后，进行第一水热反应，得到纳米棒前驱体；将所述纳米棒前驱体和水第二混合，得到纳米棒前驱体分散液；将所述纳米棒前驱体分散液和硫化钠水溶液第三混合，进行第二水热反应，得到中空管状Co

【技术实现步骤摘要】
一种中空管异质结电极材料及其制备方法和应用
本专利技术涉及电极材料
，尤其涉及一种中空管异质结电极材料及其制备方法和应用。
技术介绍
近年来，具有高效、低成本和环境友好型的新型能源转换装置受到了越来越多的关注，例如太阳能电池、燃料电池、电解水制氢和超级电容器。其中，超级电容器因其具备较高的功率密度，较长的使用寿命和较宽的工作温度而被认为最具实际应用前景。但是，超级电容器的性能好坏严重受到电极材料的影响，所以，设计合成一种新颖高性能的电极材料成为了该领域的研究重点和难点。迄今为止，由于过渡金属氧化物和硫化物具备多种化学态、高理论电容和电导率而被作为超级电容器的电极材料，并受到广泛的研究。然而，单一组分的过渡金属化合物本身所具备的氧化还原反应活性有一定的局限性，制约了他们在超级电容器电极材料中更好的发展。为了进一步提高电极材料的氧化还原反应活性，研究者们通过引入双组分过渡金属化合物来提供更多样的反应类型，展现出十分突出的电化学活性。其中，以钴和锰为代表的双组分过渡金属硫化物由于在氧化还原反应过程中有较快的离子和电子传输速率，从而可增强材料法拉第电容特性，表现出卓越的电化学性能。但是，目前构建钴锰二元硫化物特殊规整中空管形貌结构常依赖于仪器设备，例如静电纺丝、气相沉积等，然而这些方法不具普适性，并且还有一定的操作难度，因此目前还没有一种简单、便捷、可控制备中空管钴锰二元硫化物超级电容器电极材料的方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种中空管异质结电极材料及其制备方法和应用。所述中空管异质结电极材料的制备方法操作简单，产品形貌可控，具有较好的普适性，且制备得到的中空管异质结电极材料具有较高的比容量和较好的循环稳定性。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术提供了一种中空管异质结电极材料的制备方法，包括以下步骤：将氯化钴、尿素和水第一混合后，进行第一水热反应，得到纳米棒前驱体；将所述纳米棒前驱体和水第二混合，得到纳米棒前驱体分散液；将所述纳米棒前驱体分散液和硫化钠水溶液第三混合，进行第二水热反应，得到中空管状Co9S8；将所述中空管状Co9S8、MnCl2和水第四混合，进行第三水热反应，得到所述中空管异质结电极材料。优选的，所述氯化钴和尿素的摩尔比为(4～6)：(4～6)。优选的，所述第一水热反应的温度为100～150℃，所述第一水热反应的时间为8～12h。优选的，所述纳米棒前驱体分散液的浓度为(3.75～6.25)mg/mL；所述硫化钠水溶液的浓度为(20～40)mg/mL；所述纳米棒前驱体分散液中的纳米棒前驱体和所述硫化钠水溶液中的硫化钠的质量比为(3～5)：(8～16)。优选的，所述第二水热反应的温度为160～200℃，所述第二水热反应的时间为6～12h。优选的，所述中空管状Co9S8和MnCl2的质量比为(80～120)：(25～400)。优选的，所述第三水热反应的温度为120～180℃，所述第三水热反应的时间为8～16h。本专利技术还提供了上述技术方案所述的制备方法制备得到的中空管异质结电极材料，包括MnS和Co3S4；所述Co3S4为中空管状结构，所述MnS位于所述Co3S4的外表层；所述MnS和Co3S4的界面处构成异质结。优选的，所述MnS和Co3S4的质量比为1：(1.5～3)。本专利技术还提供了上述技术方案所述的中空管异质结电极材料在超级电容器中的应用。本专利技术提供了一种中空管异质结电极材料的制备方法，包括以下步骤：将氯化钴、尿素和水第一混合后，进行第一水热反应，得到纳米棒前驱体；将所述纳米棒前驱体和水第二混合，得到纳米棒前驱体分散液；将所述纳米棒前驱体分散液和硫化钠水溶液第三混合，进行第二水热反应，得到中空管状Co9S8；将所述中空管状Co9S8、MnCl2和水第四混合，进行第三水热反应，得到所述中空管异质结电极材料。本专利技术通过两步离子交换制备中空管钴锰二元硫化物，整体操作简单，便捷，具有较好的普适性，且利用所述制备方法制备得到的中空管异质结电极材料还具有较高的比容量和较好的循环稳定性；本专利技术还提供了上述技术方案所述的制备方法制备得到的中空管异质结电极材料，包括MnS和Co3S4；所述MnS位于中空管的外表面；所述Co3S4位于中空管的内表面和内部；所述MnS和Co3S4的界面处构成异质结。所述中空管异质结电极材料在电化学测试过程中会产生多组氧化还原峰，这样可以相互共同进行储存电量，提高电极材料的比电容；同时，所述中空管结构可以有利于所述电极材料在外加电场下发生氧化还原反应，为反应过程中电子的转移提供通道，这样就使得电子转移从一种无序状态变成管道路径进行转移，缩短了电子转移的时间，从而将电子集中更为快速的进行储存，使得所述电极材料具有较高的比电容；且所述中空管结构在长时间的氧化还原反应中结构不容易坍塌，进一步提高电极材料的循环稳定性。附图说明图1为实施例1～5制备得到的中空管异质结电极材料的XRD图；图2为实施例4制备得到的中空管异质结电极材料的TEM、HRTEM和元素映像图；其中a～b为TEM图，c～d为HRTEM图，e～h为元素映像图；图3为实施例1～5制备得到的中空管异质结电极材料的循环伏安曲线图；图4为实施例1～5制备得到的中空管异质结电极材料的恒流充放电曲线图；图5为实施例4制备得到的中空管异质结电极材料的循环稳定性图。具体实施方式本专利技术提供了一种中空管异质结电极材料的制备方法，包括以下步骤：将氯化钴、尿素和水第一混合后，进行第一水热反应，得到纳米棒前驱体；将所述纳米棒前驱体和水第二混合，得到纳米棒前驱体分散液；将所述纳米棒前驱体分散液和硫化钠水溶液第三混合，进行第二水热反应，得到中空管状Co9S8；将所述中空管状Co9S8、MnCl2和水第四混合，进行第三水热反应，得到所述中空管异质结电极材料。在本专利技术中，若无特殊说明，所有原料组分均为本领域技术人员熟知的市售产品。本专利技术将氯化钴、尿素和水第一混合后，进行第一水热反应，得到纳米棒前驱体。在本专利技术中，所述氯化钴优选为六水氯化钴；所述水优选为去离子水。在本专利技术中，所述氯化钴和尿素的摩尔比优选为(4～6)：(4～6)，更优选为5:5。在本专利技术中，所述氯化钴的物质的量与所述水的体积比优选为(4～6)mmol：50mL，更优选为5mmol：50mL。在本专利技术中，所述第一混合优选在搅拌的条件下进行，本专利技术对所述搅拌没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的过程进行即可。在本专利技术中，所述第一水热反应的温度优选为100～150℃，更优选为110～140℃，最优选为120～130℃；所述第一水热反应的时间优选为8～12h，更优选为9～11h，最优选为10h。所述第一水热反应完成后，本专利技术还优选包括依次进行的冷却、离心、洗涤和干燥；本专利技术对所述冷却没本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种中空管异质结电极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n将氯化钴、尿素和水第一混合后，进行第一水热反应，得到纳米棒前驱体；/n将所述纳米棒前驱体和水第二混合，得到纳米棒前驱体分散液；/n将所述纳米棒前驱体分散液和硫化钠水溶液第三混合，进行第二水热反应，得到中空管状Co

【技术特征摘要】
1.一种中空管异质结电极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将氯化钴、尿素和水第一混合后，进行第一水热反应，得到纳米棒前驱体；
将所述纳米棒前驱体和水第二混合，得到纳米棒前驱体分散液；
将所述纳米棒前驱体分散液和硫化钠水溶液第三混合，进行第二水热反应，得到中空管状Co9S8；
将所述中空管状Co9S8、MnCl2和水第四混合，进行第三水热反应，得到所述中空管异质结电极材料。


2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述氯化钴和尿素的摩尔比为(4～6)：(4～6)。


3.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述第一水热反应的温度为100～150℃，所述第一水热反应的时间为8～12h。


4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述纳米棒前驱体分散液的浓度为(3.75～6.25)mg/mL；
所述硫化钠水溶液的浓度为(20～40)mg/mL；
所述纳米棒前驱体分散液中的纳米棒前驱体和所述硫化钠水溶液中的硫化钠的质量比为(...

【专利技术属性】
技术研发人员：李福枝，陈真，石璞，刘跃军，
申请(专利权)人：湖南工业大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43