一種硒化鈷/氮摻雜碳復合材料及其制備方法和應用
【技術領域】
[0001]本發明涉及納米材料制備及應用技術領域，特別是涉及一種砸化鈷/氮摻雜碳復合材料及其制備方法和應用。
【背景技術】
[0002]隨著世界經濟的快速增長，煤炭、石油資源的不斷消耗，以及日益嚴峻的環境污染，對于高效、清潔、可持續的能源的需求變得越來越迫切。同時，對于能源存儲和轉化的技術要求也越來越高。超級電容器由于具有功率密度大、循環壽命長、環境無污染等特點，在能源存儲和轉化領域具有良好的應用前景。超級電容器的電極材料是決定其性能優劣的關鍵因素之一。好的電極材料需要具備電化學活性高、比表面積大、導電性優良等特點。制備具有上述優點的電極材料吸引了廣大研究者的興趣。
[0003]過渡金屬化合物由于具有優異的電、光、磁和催化性能，得到了廣泛的研究和應用。作為重要的過渡金屬化合物，砸化鈷材料在儲能、催化、吸附等領域展現了優異的性能。目前，砸化鈷作為超級電容器電極材料的報道并不多。印度國家化學實驗室AbhikBanerjee等報道了生長在碳纖維紙上的Co0.ssSe納米線陣列的贗電容性能(ACS appliedmaterials&interfaces，2014年，6卷，第18844-18852頁)，華中科技大學Neng Yu等報道了生長在碳布上的CoSe2的電容性能(Journal of Materials Chemistry A，2015年，3卷，第7910-1918頁)。諸如上述舉例，已有的砸化鈷用于超級電容器的報道，制備的砸化鈷材料均生長在碳質導電基底上。將砸化鉆制備為納米顆粒，將有效地提尚材料的比表面積和電化學活性，這十分有利于超級電容器電極材料展現出優異的電容性能。雖然納米顆粒活性大，但同時穩定性降低。制備均勻分布在碳骨架中的納米顆粒將有利于提高其穩定性，同時提高了導電性。此外，氮摻雜的碳材料近來也引起了研究者的廣泛興趣。由于氮原子比碳原子具有更高的電負性和更小的尺寸，氮摻雜的碳材料將更加有利于材料導電性的提高。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是提供一種砸化鈷/氮摻雜碳復合材料及其制備方法和應用。該材料結構新穎，制備方法簡單，具有良好的介孔結構和優良的導電性。
[0005]本發明通過如下技術方案予以實現。
[0006]—種砸化鈷/氮摻雜碳復合材料，其是由氮摻雜的碳骨架形成的雙層殼的菱形十二面體結構，所述的氮摻雜的碳骨架上均勻分散有一砸化鈷或二砸化鈷納米顆粒;所述的氮摻雜的碳骨架表面具有微孔。
[0007 ] 所述的菱形十二面體結構的粒徑大小范圍為300nm-2ym。
[0008]所述的微孔直徑3-10nm，一砸化鈷或二砸化鈷納米顆粒粒徑大小范圍為10-30nm。
[0009]所述的雙層殼的菱形十二面體結構中間為空心。
[0010]所述的砸化鈷/氮摻雜碳復合材料的制備方法，包括以下步驟:
[0011]I)將鈷鹽和2-甲基咪唑加入到溶劑中，反應生成有機金屬骨架化合物；
[0012]2)將步驟I)得到的產物與砸粉均勻混合，得到二者的混合物；
[0013]3)將步驟2)得到的混合物在保護氣氛下煅燒，得到一砸化鈷或二砸化鈷/氮摻雜碳復合材料。
[0014]所述的鈷鹽為硝酸鈷、氯化鈷、乙酸鈷中的一種或多種;所述的溶劑為甲醇、乙醇、水、二甲基甲酰胺中的一種或多種。
[0015]步驟I)鈷鹽和2-甲基咪唑的摩爾比為1/6-1/3;反應方式為靜置沉淀。
[0016]步驟I)得到的產物與砸粉的質量比為0.5-3。
[0017]步驟3)是在300?900°C煅燒，所述的保護氣氛為氬氣、氮氣中的一種。
[0018]所述的砸化鈷/氮摻雜碳復合材料的應用:用作超級電容器電極材料。
[0019]本發明的有益效果是提供了一種由砸化鈷納米顆粒原位生長在氮摻雜碳骨架結構中，制備砸化鈷/氮摻雜碳復合材料的方法及其制備的結構新穎的材料和應用。該復合材料為雙層殼，且尺寸可控的菱形十二面體形。整個反應條件操作簡單，安全低毒，重復性好。制備的產品具有良好的介孔結構和優良的導電性。
【附圖說明】
[0020]圖1為實施例1的產物的X射線粉末衍射圖；
[0021 ]圖2為實施例1的產物的X射線光電子能譜分析圖；
[0022]圖3為實施例1的產物的SEM圖；
[0023]圖4為實施例1的產物的TEM圖；
[0024]圖5為實施例1的產物的氮氣吸附脫附曲線及微孔分析曲線；
[0025]圖6為實施例3的產物的X射線粉末衍射圖；
[0026]圖7為實施例3的產物的SEM圖；
[0027]圖8為實施例4測得的不同掃速的循環伏安曲線；
[0028]圖9為實施例4測得的在5Ag—1的電流密度下的循環性能。
【具體實施方式】
[0029]下面結合實施例對本發明進行詳細說明，以使本領域技術人員更好地理解本發明，但本發明并不局限于以下實施例。
[0030]實施例1
[0031 ]雙層殼結構砸化鈷(CoSe2)/氮摻雜碳復合材料的制備
[OO3 2 ] 將4mmo I的六水合硝酸鈷加入到含有2 Ommo I 二甲基咪卩坐的2 O OmL甲醇中，混合均勾后靜置24小時;將所得到的沉淀物ZIF-67離心干燥，并將干燥產物與砸粉以1:1的質量比混合;將所得的混合物在氬氣氣氛下在600攝氏度的溫度下煅燒4小時，得到具有雙層殼結構的砸化鈷(CoSe2) /氮摻雜碳復合材料。
[0033]采用日本理學D/max2500X射線衍射儀對產物的物相進行了表征、采用賽默飛世爾科技ESCALAB 250Χ? X光電子能譜儀對產物所含元素進行了分析、采用Nova NanoSEM230掃描電鏡對產物進行了形貌表征、米用泰坦G2 60-300球差校正透射電鏡對產物內部結構進行了表征、采用康塔儀器NOVA 4200e分析了產物的比表面積和微孔分布。
[0034]圖1為實施例1的產物的X射線粉末衍射圖，結果表明產物為二砸化鈷相。
[0035]圖2為實施例1的產物的X射線光電子能譜分析圖，a對應于NI