一种硒化钴/氮掺杂碳复合材料及其制备方法和应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及纳米材料制备及应用技术领域，特别是涉及一种砸化钴/氮掺杂碳复合材料及其制备方法和应用。
【背景技术】
[0002]随着世界经济的快速增长，煤炭、石油资源的不断消耗，以及日益严峻的环境污染，对于高效、清洁、可持续的能源的需求变得越来越迫切。同时，对于能源存储和转化的技术要求也越来越高。超级电容器由于具有功率密度大、循环寿命长、环境无污染等特点，在能源存储和转化领域具有良好的应用前景。超级电容器的电极材料是决定其性能优劣的关键因素之一。好的电极材料需要具备电化学活性高、比表面积大、导电性优良等特点。制备具有上述优点的电极材料吸引了广大研究者的兴趣。
[0003]过渡金属化合物由于具有优异的电、光、磁和催化性能，得到了广泛的研究和应用。作为重要的过渡金属化合物，砸化钴材料在储能、催化、吸附等领域展现了优异的性能。目前，砸化钴作为超级电容器电极材料的报道并不多。印度国家化学实验室AbhikBanerjee等报道了生长在碳纤维纸上的Co0.ssSe纳米线阵列的赝电容性能(ACS appliedmaterials&interfaces，2014年，6卷，第18844-18852页)，华中科技大学Neng Yu等报道了生长在碳布上的CoSe2的电容性能(Journal of Materials Chemistry A，2015年，3卷，第7910-1918页)。诸如上述举例，已有的砸化钴用于超级电容器的报道，制备的砸化钴材料均生长在碳质导电基底上。将砸化钻制备为纳米颗粒，将有效地提尚材料的比表面积和电化学活性，这十分有利于超级电容器电极材料展现出优异的电容性能。虽然纳米颗粒活性大，但同时稳定性降低。制备均匀分布在碳骨架中的纳米颗粒将有利于提高其稳定性，同时提高了导电性。此外，氮掺杂的碳材料近来也引起了研究者的广泛兴趣。由于氮原子比碳原子具有更高的电负性和更小的尺寸，氮掺杂的碳材料将更加有利于材料导电性的提高。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种砸化钴/氮掺杂碳复合材料及其制备方法和应用。该材料结构新颖，制备方法简单，具有良好的介孔结构和优良的导电性。
[0005]本发明通过如下技术方案予以实现。
[0006]—种砸化钴/氮掺杂碳复合材料，其是由氮掺杂的碳骨架形成的双层壳的菱形十二面体结构，所述的氮掺杂的碳骨架上均匀分散有一砸化钴或二砸化钴纳米颗粒;所述的氮掺杂的碳骨架表面具有微孔。
[0007 ] 所述的菱形十二面体结构的粒径大小范围为300nm-2ym。
[0008]所述的微孔直径3-10nm，一砸化钴或二砸化钴纳米颗粒粒径大小范围为10-30nm。
[0009]所述的双层壳的菱形十二面体结构中间为空心。
[0010]所述的砸化钴/氮掺杂碳复合材料的制备方法，包括以下步骤:
[0011]I)将钴盐和2-甲基咪唑加入到溶剂中，反应生成有机金属骨架化合物；
[0012]2)将步骤I)得到的产物与砸粉均匀混合，得到二者的混合物；
[0013]3)将步骤2)得到的混合物在保护气氛下煅烧，得到一砸化钴或二砸化钴/氮掺杂碳复合材料。
[0014]所述的钴盐为硝酸钴、氯化钴、乙酸钴中的一种或多种;所述的溶剂为甲醇、乙醇、水、二甲基甲酰胺中的一种或多种。
[0015]步骤I)钴盐和2-甲基咪唑的摩尔比为1/6-1/3;反应方式为静置沉淀。
[0016]步骤I)得到的产物与砸粉的质量比为0.5-3。
[0017]步骤3)是在300?900°C煅烧，所述的保护气氛为氩气、氮气中的一种。
[0018]所述的砸化钴/氮掺杂碳复合材料的应用:用作超级电容器电极材料。
[0019]本发明的有益效果是提供了一种由砸化钴纳米颗粒原位生长在氮掺杂碳骨架结构中，制备砸化钴/氮掺杂碳复合材料的方法及其制备的结构新颖的材料和应用。该复合材料为双层壳，且尺寸可控的菱形十二面体形。整个反应条件操作简单，安全低毒，重复性好。制备的产品具有良好的介孔结构和优良的导电性。
【附图说明】
[0020]图1为实施例1的产物的X射线粉末衍射图；
[0021 ]图2为实施例1的产物的X射线光电子能谱分析图；
[0022]图3为实施例1的产物的SEM图；
[0023]图4为实施例1的产物的TEM图；
[0024]图5为实施例1的产物的氮气吸附脱附曲线及微孔分析曲线；
[0025]图6为实施例3的产物的X射线粉末衍射图；
[0026]图7为实施例3的产物的SEM图；
[0027]图8为实施例4测得的不同扫速的循环伏安曲线；
[0028]图9为实施例4测得的在5Ag—1的电流密度下的循环性能。
【具体实施方式】
[0029]下面结合实施例对本发明进行详细说明，以使本领域技术人员更好地理解本发明，但本发明并不局限于以下实施例。
[0030]实施例1
[0031 ]双层壳结构砸化钴(CoSe2)/氮掺杂碳复合材料的制备
[OO3 2 ] 将4mmo I的六水合硝酸钴加入到含有2 Ommo I 二甲基咪卩坐的2 O OmL甲醇中，混合均勾后静置24小时;将所得到的沉淀物ZIF-67离心干燥，并将干燥产物与砸粉以1:1的质量比混合;将所得的混合物在氩气气氛下在600摄氏度的温度下煅烧4小时，得到具有双层壳结构的砸化钴(CoSe2) /氮掺杂碳复合材料。
[0033]采用日本理学D/max2500X射线衍射仪对产物的物相进行了表征、采用赛默飞世尔科技ESCALAB 250Χ? X光电子能谱仪对产物所含元素进行了分析、采用Nova NanoSEM230扫描电镜对产物进行了形貌表征、米用泰坦G2 60-300球差校正透射电镜对产物内部结构进行了表征、采用康塔仪器NOVA 4200e分析了产物的比表面积和微孔分布。
[0034]图1为实施例1的产物的X射线粉末衍射图，结果表明产物为二砸化钴相。
[0035]图2为实施例1的产物的X射线光电子能谱分析图，a对应于NI