一种硫化钴铜纳米片及制备方法

一种硫化钴铜纳米片及制备方法
1.技术领域
2.本发明涉及超级电容器材料领域，具体涉及一种硫化钴铜纳米片及制备方法。


背景技术：

3.超级电容器在便携式电子设备、移动通信、混合动力汽车等领域得到广泛应用，超级电容器比功率密度高，充放电速度快，循环寿命长，但能量密度远低于电池。为了满足高容量存储应用的需求，提高超级电容器电极材料的比电容一直是研究开发的重点。超级电容器的进一步发展迫切需要具有良好纳米结构及不同形貌的电容器材料，三元过渡金属硫化物能够提供更好的导电性和更高的电化学活性，是很有前景的电容器材料。
4.cuco2s4（硫化钴铜）是一种很有前途的超级电容器材料，并拥有优异的电容性能，所以各种不同形态结构的cuco2s4相继开发出来。例如，zhang等人通过自模板法制备出空心球状cuco2s4,中空的形态结构可以缩短离子的扩散路径来提高电化学性能。luo等人在泡沫铜上合成了cuco2s4纳米草阵列，也表现出出色的电化学性能。基于目前的报道，纳米片状cuco2s4的合成仍是一个挑战，当前片状的cuco2s4的合成方式主要是基于各种导电基体上，而粉末状不需要基体的纳米片状的cuco2s4至今没见报道。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种纳米片状的cuco2s4超级电容器材料及其制备方法，在提升超级电容器性能的同时，使得制备方法简单化，利于降低电容器材料的生产成本。
6.本发明提供的cuco2s4纳米片，具有片状分级多孔结构，该分级多孔结构由大孔径和介孔构成，大孔结构尺寸为167
±
30nm，介孔结构尺寸为2～15nm。
7.所述cuco2s4纳米片的制备方法，包括以下步骤：（1）将9.5
±
1mmol的cucl2·
2h2o、15
±
1.5mmol的cocl2·
6h2o、12
±
1.2mmol的nh4f和18
±
2mmol的尿素溶于适量的去离子水中，搅拌均匀后放入高压反应釜中，于160℃下反应5小时，沉淀物经洗涤、干燥后得到碱式碳酸盐。
8.（2）将所得碱式碳酸盐加入到过量的浓度为0.1m的na2s
·
9h2o溶液中，充分搅拌，于高压反应釜中120℃下反应9 小时，反应物经洗涤、干燥后得到硫化钴铜纳米片。
9.本发明的技术特点和效果：（1）具有分级多孔结构的纳米片状cuco2s4，分级多孔结构具有丰富的大孔径和介孔结构，有利于电解质的扩散和电子的转移，为材料产生更多的氧化还原活性位点，降低材料的内阻，带来了更高的容量和循环稳定性。
10.（2）采用两步水热法，制备工艺简单，无需高温煅烧处理，易于操作。
11.（3）由于硫原子的参与，减少了带隙，使用硫原子可以产生更灵活的结构并使化学键伸长，从而使电子更容易传输，促使超级电容器的电化学性能增强。
12.（4）设备投入少，生产周期短，有利于实现产业化。
附图说明
13.图1为纳米片状cuco2s4材料x射线衍射图；图2为纳米片状cuco2s4材料扫描电子显微图像图；图3为纳米片状cuco2s4材料氮气等温吸附曲线；图4为纳米片状cuco2s4材料的孔径分布曲线；图5为本发明cuco2s4纳米片在不同电流密度的充放电循环性能曲线；图6为本发明cuco2s4纳米片在不同扫描速率下的循环伏安曲线。
具体实施方式
14.下面通过实施例和测试结果作进一步的详细说明，便于了解本发明的技术方案和技术效果。
15.步骤1：将9.5mmol的cucl2·
2h2o、15mmol的cocl2·
6h2o、12mmol的nh4f和18 mmol的尿素加入至70 ml去离子水中，搅拌均匀后放入高压反应釜中，在鼓风干燥箱中加热至160℃保温5h，沉淀物经过洗涤于鼓风干燥箱中65℃加热干燥12h，得到碱式碳酸盐。
16.步骤2：将步骤1所得沉淀物溶解于80ml浓度为0.1m的na2s
·
9h2o溶液中，磁力搅拌30min后放入高压反应釜中加热至120℃保温9h，得到cuco2s4纳米片。
17.步骤3：将上述产物过滤并清洗至中性，并在65℃的真空下干燥24h后得到纳米片状cuco2s4材料。
18.测试结果说明：制得的纳米片状cuco2s4材料经x射线衍射图分析，结果如图1所示，证明三元硫化物的基本合成。
19.制得的纳米片状cuco2s4材料经扫描电子显微镜测试，结果如图2所示，该材料呈现出层次分明的纳米片状结构。
20.制得的纳米片状cuco2s4材料经等温吸附曲线和孔径分布测试，结果如图3和4所示，结果表明，其表面积为20.6 m2g-1
，出现多层吸附现象，样品的平均孔径为15.9 nm,样品中富含大量的介孔和大孔结构，介孔结构主要分布在2～15 nm，大孔结构同样占据主要地位，主要分布在167nm左右。
21.制得的纳米片状cuco2s4材料经充放电测试，结果如图5所示，当电流密度为0.5 a g-1
时，比电容值为268.5 cg-1
。
22.制得的纳米片状cuco2s4材料经循环伏安测试，结果如图6所示，在不同的扫描速率下，循环伏安曲线保持良好的类似于矩形形状，表明具有良好的双电层电容的性能。


技术特征：
1.一种硫化钴铜纳米片，其特征在于，所述硫化钴铜纳米片呈片状分级多孔结构，所述分级多孔结构由大孔径和介孔构成，大孔结构尺寸为167
±
30nm，介孔结构尺寸为2～15nm，所述硫化钴铜纳米片由9.5
±
1mmol的cucl2·
2h2o、15
±
1.5mmol的cocl2·
6h2o、12
±
1.2mmol的nh4f和18
±
2mmol的尿素经水热反应制得前驱体后再与过量的浓度为0.1m的na2s
·
9h2o溶液反应制得。2.一种硫化钴铜纳米片的制备方法，所述方法包括以下步骤：（1）将9.5
±
1mmol的cucl2·
2h2o、15
±
1.5mmol的cocl2·
6h2o、12
±
1.2mmol的nh4f和18
±
2mmol的尿素溶于适量的去离子水中，搅拌均匀后放入高压反应釜中，于160℃下反应5小时，沉淀物经洗涤、干燥后得到碱式碳酸盐；（2）将所得碱式碳酸盐加入到过量的浓度为0.1m的na2s
·
9h2o溶液中，充分搅拌，于高压反应釜中120℃下反应9 小时，反应物经洗涤、干燥后得到硫化钴铜纳米片。

技术总结
本发明公开了一种超级电容器用的硫化钴铜纳米片材料及制备方法，所述硫化钴铜纳米片呈片状分级多孔结构，所述分级多孔结构由大孔径和介孔构成，大孔结构尺寸为167


技术研发人员：朱归胜 郑志强 徐华蕊 王君 蒋坤朋 赵昀云
受保护的技术使用者：桂林电子科技大学
技术研发日：2022.08.22
技术公布日：2022/12/5