一种钼酸钴碳复合纳米球、制备方法及其作为电极材料的应用与流程

本发明属于复合物合成领域，尤其是一种钼酸钴碳复合纳米球、制备方法及其作为电极材料的应用。

背景技术：

超级电容器具有使用寿命长、维护维修成本低、功率密度高等特点，是一种二次电池的重要补充。但是超级电容器能量密度较低，限制了其进一步的应用。钼酸钴作为一种重要的无机纳米功能材料，用于超级电容器可以提供较高的能量密度。中国发明专利201110048928.3公开了一种钼酸锰/钼酸钴分级异质结构纳米线的制备方法，首先采用微乳液法制备了钼酸锰纳米棒，然后在水溶液中回流，并加入氯化钴和钼酸钠，反应之后得到长度为10微米，直径为500～1000nm的钼酸锰/钼酸钴分级异质结构纳米线，将其用于超级电容器电极材料比容量可达187f/g。中国发明专利201610822600.5与201810171628.6则利用泡沫镍作为载体分别制备了钼酸钴纳米片阵列与钼酸钴薄膜，提高了超级电容器的比电容和循环性能，但泡沫镍的使用降低了活性物质的质量，不利于超级电容器能量密度的提高。中国发明专利201910209251.3公开了一种花瓣状片层结构的钼酸钴，具有较大的比表面积，提高了超级电容器的比容量，但花瓣状钼酸钴制备工艺复杂，能耗偏高，且结构不稳定，容易坍塌，此外电极材料的导电性仍较差。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种钼酸钴碳复合纳米球、制备方法及其作为电极材料的应用。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种钼酸钴碳复合纳米球的制备方法，包括以下步骤：

1)配制钴盐水溶液和钼酸盐水溶液；钴盐水溶液中钴离子浓度为0.01～0.03mol/l，钼酸盐水溶液中钼酸根离子的浓度为0.02～0.04mol/l；将钴盐水溶液和钼酸盐水溶液按照体积比为1：(1～3)混合，得到反应液；

2)将反应液置于室温下进行搅拌，待反应液中有沉淀生成，将含有沉淀的液体经抽滤、洗涤、干燥，得到产物a；

3)将产物a分散在氨基苯酚衍生物水溶液中，得到反应液a，室温下搅拌7～10h进行反应，反应结束后经过滤、清洗、干燥后得到产物b；

其中，氨基苯酚衍生物水溶液的浓度为0.01～0.03mol/l，每100ml氨基苯酚衍生物水溶液中加入20mg的产物a；

4)将产物b在惰性气氛、400～600℃的温度下煅烧2h，得到钼酸钴碳复合纳米球。

进一步的，步骤1)中钴离子供体为氯化钴、硝酸钴或乙酸钴。

进一步的，步骤1)中钼酸根离子供体为钼酸钠或钼酸铵。

进一步的，步骤2)中搅拌时间为7～10h。

进一步的，所述步骤3)中氨基苯酚衍生物为2-羟基乙酰苯胺、3-(二丁氨基)苯酚、4-(2-氨基乙基)-1,2-苯二酚、对氨基水杨酸或4-甲氨基苯酚。

上述钼酸钴碳复合纳米球的制备方法得到的钼酸钴碳复合纳米球，纳米球的粒径为190～210nm。

上述的钼酸钴碳复合纳米球作为电极材料的应用。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明的钼酸钴碳复合纳米球的制备方法，利用氨基苯酚衍生物与钼酸钴前驱体的配位作用，在室温下对钼酸钴前驱体进行裁剪，并最终形成纳米球结构；现有的钼酸钴纳米球的制备方法一般采用自下而上的制备方法，从钴离子和钼酸根出发，通过复杂的参数设置，使二者反应成核，并需要继续精确调控反应条件，使钼酸钴晶核生长为特定的晶体结构，制备过程中会发生晶粒熔合，结构坍塌的现象；本发明通过简单的搅拌，在室温下制备出团聚的钼酸钴前驱体，然后利用氨基苯酚衍生物自上而下的对其进行结构裁剪，氨基苯酚衍生物通过所含的羟基、氨基的活性官能团与钼酸钴进行配位，并逐渐拆解钼酸钴的初始结构，同时在其表面进行附着，最终形成纳米球结构，克服了现有钼酸钴纳米球制备方法工艺复杂、条件苛刻的缺点，该制备方法过程安全，能耗低、操作流程简单环保。

本发明的钼酸钴碳复合纳米球，具有尺寸小、结构稳定及导电性较高的特点。

本发明的钼酸钴碳复合纳米球作为电极材料的应用，该复合材料由于纳米球粒径较小，形貌规整，可与电解液充分接触，因此提高了其电化学性能。此外，钼酸钴纳米球表面复合的碳材料不仅有利于整体结构的稳定性，还可以提高该电极材料的导电性，从而进一步提高其电化学性能。

附图说明

图1为本发明的制备的钼酸钴碳复合纳米球的扫描电子显微镜图；

图2为本发明的钼酸钴碳复合纳米球的xrd图；

图3为本发明的钼酸钴碳复合纳米球在1a/g的电流密度下恒流充放电测试图；其中，电压区间为0.2-1.5v。

以上测试的钼酸钴碳复合纳米球均取自实施例1。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

实施例1

1)配制浓度为0.03mol/l的氯化钴水溶液，配制0.04mol/l的钼酸钠水溶液；

2)将体积比为1：3的氯化钴水溶液和钼酸钠水溶液混合，超声10min后，搅拌10h，反应结束后经抽滤、洗涤、干燥后得到产物a；

3)将产物30mg的产物a超声分散于150ml浓度为0.03mol/l的2-羟基乙酰苯胺水溶液，室温调节下搅拌10h，过滤，清洗，干燥后得到产物b；

4)将产物b在氮气气氛下600℃煅烧2h，得到钼酸钴碳复合纳米球。

参见图1，图1为本发明制备的钼酸钴碳复合纳米球的扫描电子显微镜图；从图中可见所得的产品的球状形貌较为规整，直径为190～210nm。

参见图2，图2为钼酸钴碳复合纳米球的xrd图；产品测试的2θ范围为(10～60)°；从图中可以看出产品xrd衍射峰和标准卡片的衍射峰基本一致，并未出现其它的杂峰，表明该制备方法合成的物质纯度与结晶度较高。

参见图3，图3为钼酸钴碳复合纳米球在1a/g的电流密度下恒流充放电测试图，电压区间为0.2—1.5v，从图中可以看出该样品在1a/g的电流密度下放电比容量可达224f/g，说明该结构的钼酸钴碳复合纳米球具有良好的电化学性能。因钼酸钴/碳纳米球粒径小，形貌规整的纳米球结构有利电极材料与电解液充分接触，纳米球表面复合的碳材料可以提高电极材料的导电性，因此，本发明制备的钼酸钴/碳纳米球具有较好的电化学性能。测试条件为，以制备的钼酸钴碳复合纳米球作为活性物质，2mol/l的koh作为电解液，组装为三电极超级电容器。

实施例2

1)配制浓度为0.01mol/l的硝酸钴水溶液，配制0.02mol/l的钼酸铵水溶液；

2)将体积比为1：1硝酸钴水溶液与钼酸铵水溶液混合并超声5分钟后，搅拌7h，反应结束后经抽滤、洗涤、干燥，得到钼酸钴中间体，记为产物a；

3)将20mg的产物a超声分散于100ml、浓度为0.01mol/l的3-(二丁氨基)苯酚水溶液，室温条件下搅拌7h，经过滤、清洗、干燥后得到产物b；

4)将产物b在氩气气氛下400℃煅烧2h，得到钼酸钴碳复合纳米球。

实施例3

1)配制浓度为0.02mol/l的乙酸钴水溶液，配制0.03mol/l的钼酸钠水溶液；

2)将体积比为1：2的乙酸钴水溶液和钼酸钠水溶液溶液超声7min后，搅拌9h，反应结束后经抽滤、洗涤、干燥，得到产物a；

3)将产物20mg产物a超声分散于100ml的浓度为0.02mol/l的4-(2-氨基乙基)-1,2-苯二酚水溶液中，常温常压下搅拌9h，经过滤、清洗、干燥后得到产物b；

4)将产物b在氩气气氛下置于500℃煅烧2h，得到钼酸钴碳复合纳米球。

实施例4

1)配制浓度为0.03mol/l的氯化钴水溶液，配制0.02mol/l的钼酸铵水溶液；

2)将体积比为1：3的氯化钴水溶液和钼酸铵水溶液搅拌8h，反应结束后经抽滤、洗涤、干燥，得到产物a；

3)将40mg的产物a超声分散于200ml浓度为0.03mol/l的对氨基水杨酸水溶液，室温下搅拌8h，过滤，清洗，干燥后得到产物b；

4)将产物b在氩气气氛下600℃煅烧2h，得到钼酸钴碳复合纳米球。

实施例5

1)配制浓度为0.01mol/l的氯化钴水溶液，配制0.04mol/l的钼酸钠水溶液；

2)将体积比为1：2的氯化钴水溶液和钼酸钠水溶液超声1h，之后经抽滤、洗涤、干燥，得到产物a；

3)将30mg的产物a超声分散于150ml的浓度为0.03mol/l的4-甲氨基苯酚水溶液，室温下搅拌10h进行反应，反应结束后经过滤、清洗、干燥后得到产物b；

4)将产物b在氩气气氛下550℃煅烧2h，得到钼酸钴碳复合纳米球。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。