一种多孔层状CoFe2O4/C纳米复合材料及其制备方法

一种多孔层状cofe2o4/c纳米复合材料及其制备方法
技术领域
1.本发明涉及能源纳米材料制备领域，更具体地说，涉及一种多孔层状cofe2o4/c纳米复合材料的制备方法。


背景技术：

2.过渡金属氧化物负极材料cofe2o4、mgfe2o4、fe3o4具有理论比容量高，原料价格低廉、环境友好等优点，因而在储能应用方面潜力巨大。过渡金属氧化物与商品石墨电极的脱嵌锂机制不同，其电能的存储和释放是通过与单质锂之间可逆的氧化还原反应进行的，在转化反应过程中，会生成电化学活性较高的li2o和纳米金属颗粒，保证可逆反应可以持续进行下去。转化反应方程如下：
[0003][0004]
由转化反应机制的原理可以看出，过渡金属氧化物负极材料在储存更多的锂离子的同时，也引起了严重的体积膨胀。充放电过程中活性材料体积的反复变化导致材料的完整性严重受损，并会引起活性材料的粉碎，从集流体上脱落，进而造成锂离子电池容量的快速衰退，影响电池的循环性能。因此，无法将过渡金属氧化物直接作为负极材料应用，仍需要进一步的优化。


技术实现要素：

[0005]
本发明为了解决上述技术问题，提供了一种多孔层状cofe2o4/c纳米复合材料的制备方法，该方法以六水三氯化铁和六水氯化钴为铁源和钴源，六甲基四胺为碳源，柠檬酸钠为络合剂，一锅法制备多孔层状cofe2o4/c纳米复合材料。
[0006]
为达到上述目的，本发明一方面采用的技术方案如下：
[0007]
一种多孔层状cofe2o4/c纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0008]
步骤一：将六水三氯化铁、六水氯化钴和六甲基四胺溶于乙二醇溶液中，充分搅拌溶解，配置成a溶液；
[0009]
步骤二：取柠檬酸钠溶于乙二醇溶液中，充分搅拌溶解，配置成b溶液；
[0010]
步骤三：将b溶液缓慢倒入a溶液中继续搅拌均匀，得到混合溶液c：
[0011]
步骤四：将混合溶液c转移到反应釜中，将反应釜置于恒温箱中，150
‑
180℃温度下反应4
‑
8h，用水和乙醇充分洗涤，通过一锅法制得反应初产物：
[0012]
步骤五：将步骤四中的反应初产物经过一步煅烧，即得到多孔层状cofe2o4/c纳米复合材料。
[0013]
进一步地，所述步骤一中六水三氯化铁和六水氯化钴的摩尔质量比为2：1
‑
1：1，六甲基四胺与六水三氯化铁的质量比为8：1
‑
3：1。
[0014]
进一步地，所述步骤一中乙二醇的用量为10ml
‑
40ml。
[0015]
进一步地，所述步骤二中的柠檬酸钠与所述步骤一中的六水三氯化铁的摩尔质量比为5：1
‑
1：1，乙二醇溶液用量为10ml
‑
40ml。
[0016]
进一步地，所述步骤二中柠檬酸钠与乙二醇溶液在水浴50
‑
80℃下，通过磁力充分搅拌溶解。
[0017]
进一步地，所述步骤三中的混合溶液c搅拌时间为30min
‑
120min。
[0018]
进一步地，所述步骤五中的煅烧的气氛为氮气，氮气流速为100
‑
300cm3/min，升温速率为2
‑
20℃/min，煅烧温度为350
‑
600℃，反应时间为60
‑
180min。
[0019]
为达到上述目的，本发明又一方面采用的技术方案如下：
[0020]
一种多孔层状cofe2o4/c纳米复合材料，所述多孔层状cofe2o4/c纳米复合材料为层状结构，表面具有粗糙孔。
[0021]
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
[0022]
1.本发明用过一锅法绿色合成策略即可获得高质量多孔层状cofe2o4/c纳米复合材料，其原料易得，操作简便高效，提高了材料的生产效率，降低了生产能耗，便于规模化生产；
[0023]
2.本发明制备的多孔层状cofe2o4/c纳米复合材料，采用柠檬酸钠为络合剂，六甲基四胺为碳源，实现了过渡金属氧化物与碳材料直接复合作为改良的锂电池负极材料，且cofe2o4/c纳米复合材料具有多孔状结构，多孔结构不仅有利于li
+
的快速运输，而且有助于减少充放电过程中的体积膨胀。
附图说明
[0024]
图1为本发明实施例1所得一种多孔层状cofe2o4/c纳米复合材料的扫描电子显微镜图。
[0025]
图2为本发明实施例1所得一种多孔层状cofe2o4/c纳米复合材料的电子能谱(edx)图。
[0026]
图3为本发明实施例2所得一种多孔层状cofe2o4/c纳米复合材料的扫描电子显微镜图。
[0027]
图4为本发明实施例3所得一种多孔层状cofe2o4/c纳米复合材料的扫描电子显微镜图。
[0028]
图5为本发明实施例4所得一种多孔层状cofe2o4/c纳米复合材料的扫描电子显微镜图。
具体实施方式
[0029]
下面对本发明技术方案的实施例进行详细、完整地描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为一部分实施示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。基于本发明中的实施示例，本领域普通技术人员在没有创造性劳动的前提下所获得的其它实施示例，都属于本发明的保护范围。
[0030]
实施例一
[0031]
一种多孔层状cofe2o4/c纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0032]
步骤一，取0.4g六水三氯化铁、0.18g的六水氯化钴和0.5g的六甲基四胺溶于20ml乙二醇中，磁力搅拌30min，使其充分溶解，配置成a溶液；
[0033]
步骤二，取0.5g的柠檬酸钠溶于20ml的乙二醇中在水浴60℃磁力搅拌30分钟，使
其充分溶解配置成b溶液；
[0034]
步骤三，将b溶液缓慢倒入a溶液中继续磁搅拌30min，得到混合溶液c；
[0035]
步骤四，将混合溶液c转移到80ml的反应釜中，恒温箱温度设置为160℃保持反应6h，用水和乙醇充分洗涤，然后通过一锅法制得反应初产物；
[0036]
步骤五，将反应初产物转移到管式炉中氮气气氛下，氮气流速为200cm3/min，升温速率为5℃/min，煅烧温度为400℃，保持120min，即得到多孔层状cofe2o4/c纳米复合材料；其扫描电子显微镜图片如图1所示，对应的能谱图如图2所示，其中，所述多孔层状cofe2o4/c纳米复合材料为层状结构，表面具有粗糙孔。
[0037]
实施例二
[0038]
一种多孔层状cofe2o4/c纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0039]
步骤一，取0.4g六水三氯化铁、0.18g的六水氯化钴和1g的六甲基四胺溶于20ml乙二醇中，磁力搅拌30min，使其充分溶解，配置成a溶液；
[0040]
步骤二，取0.5g的柠檬酸钠溶于20ml的乙二醇中在水浴60℃磁力搅拌30分钟，使其充分溶解配置成b溶液；
[0041]
步骤三，将b溶液缓慢倒入a溶液中继续磁搅拌30min，得到混合溶液c；
[0042]
步骤四，将混合溶液c转移到80ml的反应釜中，恒温箱温度设置为160℃保持反应6h，用水和乙醇充分洗涤，然后通过一锅法制得反应初产物；
[0043]
步骤五，将反应初产物转移到管式炉中氮气气氛下，氮气流速为200cm3/min，升温速率为5℃/min，煅烧温度为400℃，保持120min，即得到多孔层状cofe2o4/c纳米复合材料；其扫描电子显微镜图片如图3所示，其中，所述多孔层状cofe2o4/c纳米复合材料为层状结构，表面具有粗糙孔。
[0044]
实施例三
[0045]
一种多孔层状cofe2o4/c纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0046]
步骤一，取0.2g六水三氯化铁、0.09g的六水氯化钴和1g的六甲基四胺溶于20ml乙二醇中，磁力搅拌30min，使其充分溶解，配置成a溶液；
[0047]
步骤二，取0.5g的柠檬酸钠溶于20ml的乙二醇中在水浴60℃磁力搅拌30分钟，使其充分溶解配置成b溶液；
[0048]
步骤三，将b溶液缓慢倒入a溶液中继续磁搅拌30min，得到混合溶液c；
[0049]
步骤四，将混合溶液c转移到80ml的反应釜中，恒温箱温度设置为160℃保持反应6h，用水和乙醇充分洗涤，然后通过一锅法制得反应初产物；
[0050]
步骤五，将反应初产物转移到管式炉中氮气气氛下，氮气流速为200cm3/min，升温速率为5℃/min，煅烧温度为400℃，保持120min，即得到多孔层状cofe2o4/c纳米复合材料；其扫描电子显微镜图片如图4所示，其中，所述多孔层状cofe2o4/c纳米复合材料为层状结构，表面具有粗糙孔。
[0051]
实施例四
[0052]
一种多孔层状cofe2o4/c纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0053]
步骤一，取0.4g六水三氯化铁、0.18g的六水氯化钴和1g的六甲基四胺溶于20ml乙二醇中，磁力搅拌30min，使其充分溶解，配置成a溶液；
[0054]
步骤二，取0.1g的柠檬酸钠溶于20ml的乙二醇中在水浴60℃磁力搅拌30分钟，使
其充分溶解配置成b溶液；
[0055]
步骤三，将b溶液缓慢倒入a溶液中继续磁搅拌30min，得到混合溶液c；
[0056]
步骤四，将混合溶液c转移到80ml的反应釜中，恒温箱温度设置为160℃保持反应6h，用水和乙醇充分洗涤，然后通过一锅法制得反应初产物；
[0057]
步骤五，将反应初产物转移到管式炉中氮气气氛下，氮气流速为200cm3/min，升温速率为5℃/min，煅烧温度为400℃，保持120min，即得到多孔层状cofe2o4/c纳米复合材料；其扫描电子显微镜图片如图5所示，其中，所述多孔层状cofe2o4/c纳米复合材料为层状结构，表面具有粗糙孔。
[0058]
实施例五
[0059]
一种多孔层状cofe2o4/c纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0060]
步骤一，取0.4g六水三氯化铁、0.18g的六水氯化钴和1g的六甲基四胺溶于20ml乙二醇中，磁力搅拌30min，使其充分溶解，配置成a溶液；
[0061]
步骤二，取0.5g的柠檬酸钠溶于20ml的乙二醇中在水浴60℃磁力搅拌30分钟，使其充分溶解配置成b溶液；
[0062]
步骤三，将b溶液缓慢倒入a溶液中继续磁搅拌30min，得到混合溶液c；
[0063]
步骤四，将混合溶液c转移到80ml的反应釜中，恒温箱温度设置为180℃保持反应6h，用水和乙醇充分洗涤，然后通过一锅法制得反应初产物；
[0064]
步骤五，将反应初产物转移到管式炉中氮气气氛下，氮气流速为200cm3/min，升温速率为5℃/min，煅烧温度为400℃，保持120min，即得到多孔层状cofe2o4/c纳米复合材料，其中，所述多孔层状cofe2o4/c纳米复合材料为层状结构，表面具有粗糙孔。
[0065]
实施例六
[0066]
一种多孔层状cofe2o4/c纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0067]
步骤一，取0.4g六水三氯化铁、0.18g的六水氯化钴和0.5g的六甲基四胺溶于20ml乙二醇中，磁力搅拌30min，使其充分溶解，配置成a溶液；
[0068]
步骤二，取0.5g的柠檬酸钠溶于20ml的乙二醇中在水浴60℃磁力搅拌30分钟，使其充分溶解配置成b溶液；
[0069]
步骤三，将b溶液缓慢倒入a溶液中继续磁搅拌30min，得到混合溶液c；
[0070]
步骤四，将混合溶液c转移到80ml的反应釜中，恒温箱温度设置为160℃保持反应6h，用水和乙醇充分洗涤，然后通过一锅法制得反应初产物；
[0071]
步骤五，将反应初产物转移到管式炉中氮气气氛下，氮气流速为200cm3/min，升温速率为5℃/min，煅烧温度为600℃，保持90min，即得到多孔层状cofe2o4/c纳米复合材料，其中，所述多孔层状cofe2o4/c纳米复合材料为层状结构，表面具有粗糙孔。
[0072]
实施例七
[0073]
一种多孔层状cofe2o4/c纳米复合材料，如图3所示，所述多孔层状cofe2o4/c纳米复合材料为层状结构，表面具有粗糙孔。
[0074]
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。