一種Cu-Co-P復合材料及其制備方法和應用技術

本發明專利技術涉及一種Cu?Co?P復合材料的制備方法，包括以下步驟：將可溶性銅鹽和可溶性鈷鹽溶于水中，進行水熱反應，反應結束后經離心、洗滌、干燥，得到Cu?Co前體；將上述的Cu?Co前體與次亞磷酸鈉混合后在保護氣氛下煅燒，得到Cu?Co?P復合材料；將復合材料制備成工作電極，用于超級電容器中。與現有技術相比，本發明專利技術通過水熱合成了Cu?Co?P復合材料，該復合材料含有豐富的中孔和微孔，以達到良好的電化學性能，且復合材料具有制備方法簡單，環境友好，大大縮短了合成時間，便于大規模生產高純度的Cu?Co?P復合材料的優點。

A cu-co-p composite material and its preparation and Application

【技術實現步驟摘要】
一種Cu-Co-P復合材料及其制備方法和應用
本專利技術屬于電化學及納米材料
，尤其是涉及一種Cu-Co-P復合材料及其制備方法與在超級電容器中的應用。
技術介紹
超級電容器具有功率密度高、充放電速度快、循環壽命長等優點，被廣泛應用于儲能和轉換領域。然而，目前可用的SCs的能量密度遠遠低于典型的鋰離子電池。因此，開發高能量密度的新材料用于高性能SCs具有重要意義。眾所周知，銅或鈷基納米結構具有豐富的氧化態，可以有效地進行氧化還原電荷轉移，從而實現更高的能量密度。與單一的銅或鈷基材料相比，二元銅鈷基材料具有更好的性能，包括更高的導電性或更突出的電容特性。研究表明，銅鈷氧化物、硫化物、硒化物和氫氧化物的電化學性能分別優于相應的單一銅或鈷化合物。中國專利CN108325544合成了一種三元Cu-Co-P納米棒，包括：將硝酸銅、硝酸鈷、尿素、氟化銨在水中混合在一起，制得前驅體混合溶液；將基底置于前驅體混合溶液中，并在高壓釜中以100～120℃反應480～600分鐘，從而在基底上制得CuCo-LDH納米棒；將干燥后的基底連同CuCo-LDH納米棒置于盛有次亞磷酸鈉的瓷舟中，再轉移至管式爐中，以300～350℃加熱0.5～2小時，即制得三元Cu-Co-P納米棒。該專利技術制備時間長，制備步驟較多，限制了其工業應用。
技術實現思路
本專利技術的目的就是為了克服上述現有技術存在的制備過程復雜、電化學性能有待提高的缺陷而提供一種Cu-Co-P復合材料及其制備方法和應用。本專利技術的目的可以通過以下技術方案來實現：一種Cu-Co-P復合材料的制備方法，包括以下步驟：(1)將可溶性銅鹽和可溶性鈷鹽溶于水中，進行水熱反應，反應結束后經離心、洗滌、干燥，得到Cu-Co前體；(2)將上述的Cu-Co前體與次亞磷酸鈉混合后在保護氣氛下煅燒，得到Cu-Co-P復合材料。所述的可溶性銅鹽為硝酸銅，所述的可溶性鈷鹽為硝酸鈷；所述的可溶性銅鹽和可溶性鈷鹽的摩爾比為1:(0.5-2)。所述的水熱反應過程中，溫度為150-200℃，時間為6-14h。所述的保護氣氛為氮氣氣氛，所述的煅燒過程中，煅燒溫度為300-400℃，煅燒時間為2-4h。所述的干燥為真空干燥，干燥溫度為55-65℃，時間為10-14h。所述的次亞磷酸鈉與可溶性銅鹽的比例為0.01-0.05g：1mol。本專利技術還提供了一種采用上述的制備方法得到的Cu-Co-P復合材料。本專利技術還提供了一種采用上述的制備方法得到的Cu-Co-P復合材料的應用，將所述的復合材料制備成工作電極，用于超級電容器中。所述的工作電極的制備過程為：將所述的復合材料研磨后，與炭黑及聚四氟乙烯混合均勻，之后壓合在泡沫鎳片上，經干燥后即得到所述的工作電極。工作電極的制備過程中，所述的復合材料、炭黑與聚四氟乙烯的質量比為8:(0.8-1.2):(0.8-1.2)；所述的干燥過程中，溫度為50-70℃，時間為10-15h。本專利技術基于磷在Cu-Co磷化物中的電負性低于氧、硫和硒在相應的Cu-Co化合物中的電負性，可以促進電子轉移和氧化還原反應這一原理，將Cu-Co-P復合材料作為電極材料。此外，Cu-Co-P作為一種亞金屬合金，其固有電導率遠遠高于其他鈷基化合物，Cu-Co-P化合物具有良好的氧化還原活性和導電性，同時，它們具有豐富的自然資源和良好的環境友好性。從復合材料的形貌上看，該復合材料為納米片，介孔納米片具有明顯的表面積大、電活性位點多、力學穩定性好等優點。利用導電襯底支撐銅-鈷-磷復合材料，可以進一步促進電荷轉移，提高電極的導電性。本專利技術在制備Cu-Co-P復合材料的過程中，通過Cu-Co前體在煅燒條件下的直接磷酸化反應，制備了Cu-Co-P納米片的三維網絡。優化后的Cu-Co-P納米片具有相互連接的結構和眾多的介孔，被證明是一種優越的儲能材料。與現有技術相比，本專利技術具有以下優點：1)本專利技術通過水熱法和煅燒法合成了二元Cu-Co-P復合材料，具有眾多介孔的Cu-Co-P納米片相互連接，可以提供大量的表面位置，促進電解質的擴散，保持結構的機械強度和穩定性。2)利用本專利技術中的Cu-Co-P復合材料制備出的工作電極具有高電流密度，用于超級電容器中，有利于電子快速的傳輸。附圖說明圖1為實施例1中制得的Cu-Co-P復合材料在20nm下的TEM圖；圖2為實施例1中制得的Cu-Co-P復合材料在不同掃速下的CV圖；圖3為實施例2中制得的Cu-Co-P復合材料在不同電流密度下的GCD圖。具體實施方式下面結合具體實施例對本專利技術進行詳細說明。以下實施例將有助于本領域的技術人員進一步理解本專利技術，但不以任何形式限制本專利技術。應當指出的是，對本領域的普通技術人員來說，在不脫離本專利技術構思的前提下，還可以做出若干變形和改進。這些都屬于本專利技術的保護范圍。各實施例中所用的各種原料，如無特殊說明，均為市售。實施例1一種Cu-Co-P復合材料的制備方法，包括以下步驟：首先，將2mmolCu(NO3)2，2mmolCo(NO3)2·6H2O溶于40mL水中，磁力攪拌20min后進行一次水熱反應，轉移到50mL聚四氟乙烯內襯不銹鋼高壓釜中，進行第一步水熱反應，水熱反應溫度為180℃，水熱反應時間為10h后,將水熱后的樣品取出冷卻，然后離心、洗滌、60℃真空干燥12h，得到Cu-Co前體；然后將上述制得的Cu-Co前體與0.03gNaH2PO4于研缽中研磨混合均勻后，在氮氣氛圍下煅燒，煅燒溫度為350℃，煅燒時間為2h，得到Cu-Co-P復合材料；將該活性材料進行研磨后，與炭黑、聚四氟乙烯按質量比8:1:1混合均勻，壓合在泡沫鎳片(1cm×1cm)上，在60℃的烘箱中干燥12h，得Cu-Co-P工作電極(記CCP-1)。經辰華CHI760e電化學工作站采用循環伏安法和恒流充放電的方法，采用三電極體系：以CCP-1的泡沫鎳片為工作電極、以Ag/AgCl電極為參比電極、以Pt電極為對電極，以2mol/LKOH為電解質溶液。如圖1所示，本實施例的Cu-Co-P復合材料的形貌為納米片，介孔納米片具有明顯的表面積大、電活性位點多、力學穩定性好等優點。檢測該復合材料的比電容和循環穩定性能，循環伏安法測試結果如圖2所示，表明該復合材料具備優異的氧化還原能力。圖2為復合材料在不同掃速下的CV圖，可以看出，電壓0-0.6V范圍內存在對稱的氧化還原峰。隨著掃描速率的增加，氧化峰和還原峰分別由右向左移動。值得注意的是，循環圖像沒有變化，而是峰值位置發生了變化。該現象表明，該復合材料具有良好的可逆性和穩定性。在2mol/LKOH溶液中和1A/g的電流密度下，該復合材料的比電容達到了750.5F/g，表明該復合材料具有較高的比電容。實施例2一種Cu-Co-P復合材料的制備方法，包括以下步驟：首先，本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種Cu-Co-P復合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：/n(1)將可溶性銅鹽和可溶性鈷鹽溶于水中，進行水熱反應，反應結束后經離心、洗滌、干燥，得到Cu-Co前體；/n(2)將上述的Cu-Co前體與次亞磷酸鈉混合后在保護氣氛下煅燒，得到Cu-Co-P復合材料。/n

【技術特征摘要】
1.一種Cu-Co-P復合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
(1)將可溶性銅鹽和可溶性鈷鹽溶于水中，進行水熱反應，反應結束后經離心、洗滌、干燥，得到Cu-Co前體；
(2)將上述的Cu-Co前體與次亞磷酸鈉混合后在保護氣氛下煅燒，得到Cu-Co-P復合材料。


2.根據權利要求1所述的一種Cu-Co-P復合材料的制備方法，其特征在于，所述的可溶性銅鹽為硝酸銅，所述的可溶性鈷鹽為硝酸鈷；所述的可溶性銅鹽和可溶性鈷鹽的摩爾比為1:(0.5-2)。


3.根據權利要求1所述的一種Cu-Co-P復合材料的制備方法，其特征在于，所述的水熱反應過程中，溫度為150-200℃，時間為6-14h。


4.根據權利要求1所述的一種Cu-Co-P復合材料的制備方法，其特征在于，所述的保護氣氛為氮氣氣氛，所述的煅燒過程中，煅燒溫度為300-400℃，煅燒時間為2-4h。


5.根據權利要求1所述的一種Cu-Co-P復合材料的制備方法，其特征在于，所述的干燥為真空干燥，干...

【專利技術屬性】
技術研發人員：韓生，胡曉敏，馬健，劉順昌，王露露，陳宇凱，孫瑤馨，蔣繼波，
申請(專利權)人：上海應用技術大學，
類型：發明
國別省市：上海;31