用非晶態(tài)合金制備CuS納米片狀團簇結(jié)構(gòu)的方法及應用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種新型納米材料，主要用于超電容電極材料。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來超電容成為一種新興的能源儲存裝置，與傳統(tǒng)電池相比，超級電容器有著更高的功率密度、更快的充放電循環(huán)周期以及長程穩(wěn)定性。這些特性使得超電容器在眾多電子器件中有著廣泛的應用前景。CuS材料憑借其高電導率以及高能量容量等特性在鋰離子電池以及光電化學電池中有著廣泛的應用。CuS中Cu-S鍵為共價鍵，S-S元素間以范德華力相連接，這種特性使得硫化銅納米片能夠更多的獲得與溶液中陰離子接觸的機會，從而表現(xiàn)出優(yōu)秀的電容性能。
[0003]CuS納米片是最常見的CuS納米結(jié)構(gòu)，但單分散的硫化銅納米片比表面積較小，因此片狀納米結(jié)構(gòu)的CuS電容性能較低。因此，為了最大限度的提升CuS的電容性能，將納米片制備成片狀團簇結(jié)構(gòu)，一方面能夠保留納米片的性質(zhì)，另一方面增加了材料的比表面積，從而提升CuS材料的電容性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供一種成本低、制備過程簡單的用非晶態(tài)合金制備復合CuS納米片狀團簇結(jié)構(gòu)的方法，制備得到的CuS片狀團簇結(jié)構(gòu)，本發(fā)明實施費用低、操作簡便，耗時短，是一種高效經(jīng)濟的合成方法，本發(fā)明制備得到的復合材料主要用于超級電容器電極材料。
[0005]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明一種用非晶態(tài)合金制備CuS納米片狀團簇結(jié)構(gòu)的方法，包括以下步驟:
[0006]步驟一、按照以下組分及原子百分比含量制備T1-Cu非晶合金:30% -50%的Ti，余為Cu ；
[0007]步驟二、將步驟一制得的T1-Cu非晶合金裁剪成厚度為10μπι-30μπι，寬度為15mm-20mm，長度為lcm_3cm的條帶；該條帶在無水乙醇中超聲5min后，去離子水中清洗并于空氣中干燥備用；
[0008]步驟三、將步驟二制得的T1-Cu非晶合金條帶與摩爾濃度為13M-15M的硫酸水溶液一同置于密閉容器中進行反應，反應溫度為90°C -120°C，反應時間為ld-2d，將反應結(jié)束后制得的樣品用去離子水沖洗后即為CuS納米片狀團簇結(jié)構(gòu)材料。
[0009]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0010]單分散CuS納米片是最常見的CuS納米結(jié)構(gòu)，然而單一納米片結(jié)構(gòu)制備的材料比表面積較小，因此此類電極材料在超電容器中的性能一般。使用脫合金法制備的材料形貌均一，產(chǎn)物雜質(zhì)少，同時制備出的層片團簇結(jié)構(gòu)保持了片狀結(jié)構(gòu)的優(yōu)良特性，具有好的導電性能以及高的穩(wěn)定性，并能夠促進物質(zhì)傳輸，又增加了材料的比表面積，因此在超電容電極材料領(lǐng)域有著較好的應用前景。相比于晶體合金，非晶合金的成分調(diào)控更加靈活，元素分布更加均勻，因此是一種理想的脫合金前驅(qū)體材料。本發(fā)明通過脫合金法制備的CuS納米片狀團簇結(jié)構(gòu)化學性質(zhì)穩(wěn)定，其在1A g1恒定電流密度下比電容達到了 817F g 'ο
【附圖說明】
[0011]圖1(a)是本發(fā)明實施例1制備的CuS納米片狀團簇結(jié)構(gòu)表面納米多孔結(jié)構(gòu)的SEM圖；
[0012]圖1(b)是本發(fā)明實施例2制備的CuS納米片狀團簇結(jié)構(gòu)表面納米多孔結(jié)構(gòu)的SEM圖；
[0013]圖1(c)是本發(fā)明實施例3制備的CuS納米片狀團簇結(jié)構(gòu)表面納米多孔結(jié)構(gòu)的SEM圖；
[0014]圖1(d)是本發(fā)明實施例1制備的CuS納米片狀團簇結(jié)構(gòu)表面納米多孔結(jié)構(gòu)的SEM圖；
[0015]圖2是實施例1-4中CuS納米片狀團簇結(jié)構(gòu)恒電位充放電曲線。
【具體實施方式】
[0016]下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明方法做進一步的說明。提供實施例是為了理解的方便，絕不是限制本發(fā)明。
[0017]實施例1:
[0018]用非晶態(tài)合金并利用化學脫合金法制備CuS納米片狀團簇結(jié)構(gòu)，制備步驟如下:
[0019]步驟一、按照以下組分及原子百分比含量制備T1-Cu非晶合金:Ti的含量為70%，Cu的含量為30% ;
[0020]步驟二、將步驟一制得的Ti7QCu3。非晶合金裁剪成厚度為10 μ m-30 μ m，寬度為15mm-20mm，長度為lcm_3cm的條帶；該條帶在無水乙醇中超聲5min后，去離子水中清洗并于空氣中干燥備用；
[0021]步驟三、取由步驟二制得的Ti3(]Cu7。非晶合金條帶質(zhì)量0.lg與46ml的摩爾濃度為15M的硫酸水溶液一同置于密閉容器中，并放在90°C干燥箱內(nèi)，保溫反應2d，反應結(jié)束后制得的樣品用去離子水沖洗，在空氣中干燥，即為CuS納米片狀團簇結(jié)構(gòu)。
[0022]實施例1制備得到的CuS納米片狀團簇結(jié)構(gòu)，圖1 (a)示出了該CuS納米片狀團簇結(jié)構(gòu)的SEM圖。該復合材料具有高的比表面積，好的導電性能以及高的穩(wěn)定性并能夠促進物質(zhì)傳輸，因此在燃料電池陽極催化劑的制備領(lǐng)域有著較好的應用前景。相比于晶體合金，非晶合金的成分調(diào)控更加靈活，元素分布更加均勻，因此是一種理想的脫合金前驅(qū)體材料。通過脫合金法制備的CuS納米片狀團簇結(jié)構(gòu)化學性質(zhì)穩(wěn)定，其在1A g-Ι恒定電流密度下比電容達到了 817F g \圖2中示出了實施例1制備得到的CuS納米片狀團簇結(jié)構(gòu)在1Ag 1電流密度下恒電位下的充放電曲線(使用計時電流法對材料進行恒電位充放電測試，使用設(shè)備為Gamry Interface 1000電化學工作站，恒定加載電流密度為0.4A/g，測試溫度為25。。)。
[0023]實施例2:
[0024]制備過程與實施例1基本相同，其不同之處僅在于:步驟一中，Ti的含量為50%，Cu的含量為50% ;步驟三中，硫酸水溶液的摩爾濃度為15M，反應溫度為90°C，反應時間為2d。圖1 (b)示出了該CuS納米片狀團簇結(jié)構(gòu)的SEM圖，圖2中示出了實施例2制備得到的CuS納米片狀團簇結(jié)構(gòu)在1A g 1電流密度下恒電位下的充放電曲線。
[0025]實施例3:
[0026]制備過程與實施例1基本相同，其不同之處僅在于:步驟一中，Ti的含量為70%，Cu的含量為30%;步驟三中，硫酸水溶液的摩爾濃度為13M，反應溫度為120°C，反應時間為2d。圖1(c)示出了該CuS納米片狀團簇結(jié)構(gòu)的SEM圖，圖2中示出了實施例3制備得到的CuS納米片狀團簇結(jié)構(gòu)在1A g 1電流密度下恒電位下的充放電曲線。
[0027]實施例4:
[0028]制備過程與實施例1基本相同，其不同之處僅在于:步驟一中，Ti的含量為40%，Cu的含量為60%;步驟三中，鹽酸水溶液的摩爾濃度為15M，反應溫度為120°C，反應時間為Id。圖1(d)示出了該CuS納米片狀團簇結(jié)構(gòu)的SEM圖，圖2中示出了實施例4制備得到的CuS納米片狀團簇結(jié)構(gòu)在1A g 1電流密度下恒電位下的充放電曲線。
[0029]由上述實施例可以歸納，當按照本發(fā)明所披露的工藝進行制備，不但可以得到CuS納米片狀團簇結(jié)構(gòu)，并且，得到的CuS納米片狀團簇結(jié)構(gòu)在恒電流密度充放電測試中電位變化明顯，比電容大，說明制備的材料在超電容電極材料領(lǐng)域應用前景良好。
[0030]盡管上面結(jié)合附圖對本發(fā)明進行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的【具體實施方式】，上述的【具體實施方式】僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨的情況下，還可以做出很多變形，這些均屬于本發(fā)明的保護之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種用非晶態(tài)合金制備CuS納米片狀團簇結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟一、按照以下組分及原子百分比含量制備T1-Cu非晶合金:30% -50%的Ti，余量為Cu ； 步驟二、將步驟一制得的T1-Cu非晶合金裁剪成厚度為10 μ m-30 μ m，寬度為15mm-20mm，長度為lcm_3cm的條帶；該條帶在無水乙醇中超聲5min后，去離子水中清洗并于空氣中干燥備用； 步驟三、將步驟二制得的T1-Cu非晶合金條帶與摩爾濃度為13M-15M的硫酸水溶液一同置于密閉容器中進行反應，反應溫度為90°C _120°C，反應時間為ld-2d，將反應結(jié)束后制得的樣品用去離子水沖洗，并在空氣中干燥后即為CuS納米片狀團簇結(jié)構(gòu)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述用非晶態(tài)合金制備CuS納米片狀團簇結(jié)構(gòu)的方法，其中，步驟一中，Ti的含量為70%，Cu的含量為30% ;步驟三中，硫酸水溶液的摩爾濃度為15M，反應溫度為90°C，反應時間為2d。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述用非晶態(tài)合金制備CuS納米片狀團簇結(jié)構(gòu)的方法，其中，步驟一中，Ti的含量為50%，Cu的含量為50% ;步驟三中，硫酸水溶液的摩爾濃度為15M，反應溫度為90°C，反應時間為2d。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述用非晶態(tài)合金制備CuS納米片狀團簇結(jié)構(gòu)的方法，其中，步驟一中，Ti的含量為70%，Cu的含量為30% ;步驟三中，硫酸水溶液的摩爾濃度為13M，反應溫度為120°C，反應時間為2d。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述用非晶態(tài)合金制備CuS納米片狀團簇結(jié)構(gòu)的方法，其中，步驟一中，Ti的含量為40%，Cu的含量為60% ;步驟三中，硫酸水溶液的摩爾濃度為15M，反應溫度為120°C，反應時間為Id。6.一種根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述用非晶態(tài)合金制備CuS納米片狀團簇結(jié)構(gòu)的方法制備得到的CuS納米片狀團簇結(jié)構(gòu)在超電容電極材料中的應用，在1A g 1恒定電流密度下比電容達817F g1。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用非晶態(tài)合金制備CuS納米片狀團簇結(jié)構(gòu)的方法，按照以下原子百分比含量制備Ti-Cu非晶合金：Ti的含量為30％-70％，Cu的含量為70％-50％；將Ti-Cu非晶合金裁剪成厚度為10μm-30μm，寬度為15mm-20mm，長度為1cm-3cm的條帶；條帶在無水乙醇中超聲5min后，去離子水清洗，干燥后備用；將該條帶與摩爾濃度為13M-15M的硫酸水溶液一同置于密閉容器中進行反應，反應溫度為90℃-120℃，反應時間為1d-2d，反應結(jié)束后制得的樣品沖洗、干燥后即為CuS納米片狀團簇結(jié)構(gòu)，其比表面積大且具有超電容性能的復合納米片狀結(jié)構(gòu)，其實施費用低、操作簡便，耗時短，是一種高效經(jīng)濟的合成方法。
【IPC分類】H01G11/30, H01G11/24, H01G11/86
【公開號】CN105405672
【申請?zhí)枴緾N201510882434
【發(fā)明人】徐文策, 朱勝利, 楊賢金, 崔振鐸, 梁硯琴
【申請人】天津大學
【公開日】2016年3月16日
【申請日】2015年12月3日