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一种分层结构CuS纳米花、制备方法及其应用   0    0

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专利申请流程有哪些步骤?
专利申请流程图
申请
申请号:指国家知识产权局受理一件专利申请时给予该专利申请的一个标示号码。唯一性原则。
申请日:提出专利申请之日。
2021-08-09
申请公布
申请公布指发明专利申请经初步审查合格后,自申请日(或优先权日)起18个月期满时的公布或根据申请人的请求提前进行的公布。
申请公布号:专利申请过程中,在尚未取得专利授权之前,国家专利局《专利公报》公开专利时的编号。
申请公布日:申请公开的日期,即在专利公报上予以公开的日期。
2021-10-15
授权
授权指对发明专利申请经实质审查没有发现驳回理由,授予发明专利权;或对实用新型或外观设计专利申请经初步审查没有发现驳回理由,授予实用新型专利权或外观设计专利权。
2022-07-15
预估到期
发明专利权的期限为二十年,实用新型专利权期限为十年,外观设计专利权期限为十五年,均自申请日起计算。专利届满后法律终止保护。
2041-08-09
基本信息
有效性 有效专利 专利类型 发明专利
申请号 CN202110910604.X 申请日 2021-08-09
公开/公告号 CN113428889B 公开/公告日 2022-07-15
授权日 2022-07-15 预估到期日 2041-08-09
申请年 2021年 公开/公告年 2022年
缴费截止日
分类号 C01G3/12H01M4/58H01M10/054B82Y30/00 主分类号 C01G3/12
是否联合申请 独立申请 文献类型号 B
独权数量 1 从权数量 4
权利要求数量 5 非专利引证数量 0
引用专利数量 1 被引证专利数量 0
非专利引证
引用专利 CN107597147A 被引证专利
专利权维持 1 专利申请国编码 CN
专利事件 事务标签 公开、实质审查、授权
申请人信息
申请人 第一申请人
专利权人 陕西科技大学 当前专利权人 陕西科技大学
发明人 张利锋、胡越、白嘉玺、李帅、阮欢、郭守武 第一发明人 张利锋
地址 陕西省西安市未央区大学园 邮编 710021
申请人数量 1 发明人数量 6
申请人所在省 陕西省 申请人所在市 陕西省西安市
代理人信息
代理机构
专利代理机构是经省专利管理局审核,国家知识产权局批准设立,可以接受委托人的委托,在委托权限范围内以委托人的名义办理专利申请或其他专利事务的服务机构。
西安通大专利代理有限责任公司 代理人
专利代理师是代理他人进行专利申请和办理其他专利事务,取得一定资格的人。
崔方方
摘要
本发明公开了一种分层结构CuS纳米花、制备方法及其作为应用,属于微纳米材料合成领域。本发明的制备方法以成本较低的铜源、硫源作为反应原料,通过金属离子的掺杂制备出CuS纳米材料。本发明原料易得,工艺简单,成本较低,适合工业化生产,应用前景广阔。本发明的制备方法,通过改变反应参数可以对CuS纳米材料的尺寸进行调控,制备出的CuS纳米材料形貌特征鲜明,具有独特的分层结构纳米花形状,作为钠离子电池负极材料,具有较好的电化学性能。
  • 摘要附图
    一种分层结构CuS纳米花、制备方法及其应用
  • 说明书附图:图1
    一种分层结构CuS纳米花、制备方法及其应用
  • 说明书附图:图2
    一种分层结构CuS纳米花、制备方法及其应用
  • 说明书附图:图3
    一种分层结构CuS纳米花、制备方法及其应用
  • 说明书附图:图4
    一种分层结构CuS纳米花、制备方法及其应用
  • 说明书附图:图5
    一种分层结构CuS纳米花、制备方法及其应用
法律状态
序号 法律状态公告日 法律状态 法律状态信息
1 2022-07-15 授权
2 2021-10-15 实质审查的生效 IPC(主分类): C01G 3/12 专利申请号: 202110910604.X 申请日: 2021.08.09
3 2021-09-24 公开
权利要求
权利要求书是申请文件最核心的部分,是申请人向国家申请保护他的发明创造及划定保护范围的文件。
1.一种分层结构CuS纳米花的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)将铜源和金属盐加入1,4‑丁二醇中,配制成溶液A,铜离子浓度为0.01~0.04mol/L,另一种金属离子浓度为0.005~0.02mol/L;
将硫源加入去离子水中,配制成浓度为0.01~0.03mol/L的溶液B;
2)将溶液B按照体积比1:(0.4~1)滴加至溶液A中,得到混合液;
3)将混合液在40~70℃加热8~11小时,反应结束后,进行洗涤干燥,得到分层结构CuS纳米花;
铜源为三氟甲磺酸铜、酒石酸铜或者葡萄糖酸铜;
所述金属盐为氯化镍、氯化钯或二氯化锡;
所述硫源为硫代氨基脲、L‑甲硫氨酸或2‑硫脲嘧啶。

2.根据权利要求1所述的分层结构CuS纳米花的制备方法,其特征在于,所述步骤2)中,滴加时间为10~30分钟,滴加完成后搅拌0.5~1小时。

3.根据权利要求1所述的分层结构CuS纳米花的制备方法,其特征在于,所述步骤3)中,洗涤3~6次,真空干燥温度为50~80℃,干燥时间为9~12小时。

4.一种分层结构CuS纳米花,其特征在于,根据权利要求1~3任一项所述方法制备得到。

5.权利要求4所述的分层结构CuS纳米花作为钠离子电池负极材料的应用。
说明书

技术领域

[0001] 本发明属于微纳米材料领域,尤其是一种分层结构CuS纳米花、制备方法及其应用。

背景技术

[0002] 钠离子电池由于钠资源储量比较丰富,价格相对较低,在新能源领域受到广泛关注。过渡金属硫化物环境友好,制备简单,与钠离子反应活性较大,因此是一类比较有应用‑1 ‑1前景的钠离子电池负极材料。CuS的电导率为10‑3S·cm ,理论比容量高达560mAhg ,放电平台较平坦,稳定性较好,因此,CuS也经常被用作钠离子电池负极材料进行研究。目前研究人员采用化学气相沉积法、模板法以及水热法等多种手段制备出了具有纳米颗粒、纳米线、纳米片、纳米花等多种CuS纳米材料。由于花状结构特殊,CuS纳米花近年来受到比较多的关注。
[0003] 如中国专利CN201210043760.1采用化学气相沉积法,通过控制反应体系的温度、压力以及产物收集区域,制备硫化铜纳米晶体、纳米棒、纳米薄片以及纳米花簇多种不同形貌。在功能性半导体器件,光电转化,催化等领域具有较大的应用前景。中国专利CN201910736092.2利用水热法制备出一种3D花状硫化铜,制备的花状硫化铜尺寸均匀、形貌规整,在光催化、电容器、传感器等领域具有一定的应用前景。中国专利CN202010120786.6利用水热法制备出一种石墨烯/硫化铜锌花状微米球光催化剂,制备的产品复合效果好,比表面积大,抗光腐蚀能力强,可见光光催化活性高,能充分利用太阳光对环境污染物进行光催化降解。上述公开的CuS纳米材料在制备过程中反应能耗偏大,制备工艺也比较复杂。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点,提供一种分层结构CuS纳米花、制备方法及其应用。
[0005] 为达到上述目的,本发明采用以下技术方案予以实现:
[0006] 一种分层结构CuS纳米花的制备方法,包括以下步骤:
[0007] 1)将铜源和金属盐加入1,4‑丁二醇中,配制成溶液A,铜离子浓度为0.01~0.04mol/L,另一种金属离子浓度为0.005~0.02mol/L;
[0008] 将硫源加入去离子水中,配制成浓度为0.01~0.03mol/L的溶液B;
[0009] 2)将溶液B按照体积比1:(0.4~1)滴加至溶液A中,得到混合液;
[0010] 3)将混合液在40~70℃加热8~11小时,反应结束后,进行洗涤干燥,得到分层结构CuS纳米花。
[0011] 进一步的,在步骤1)中,铜源为三氟甲磺酸铜、酒石酸铜或者葡萄糖酸铜。
[0012] 进一步的,在步骤1)中,所述金属盐为氯化镍、氯化钯或二氯化锡。
[0013] 进一步的,在步骤1)中,所述硫源为硫代氨基脲、L‑甲硫氨酸或2‑硫脲嘧啶。
[0014] 进一步的,所述步骤2)中,滴加时间为10~30分钟,滴加完成后搅拌0.5~1小时。
[0015] 进一步的,所述步骤3)中,洗涤3~6次,真空干燥温度为50~80℃,干燥时间为9~12小时。
[0016] 一种分层结构CuS纳米花,根据本发明的方法制备得到。
[0017] 本发明的分层结构CuS纳米花作为钠离子电池负极材料的应用。
[0018] 与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
[0019] 本发明的分层结构CuS纳米花的制备方法,所用原料价格低廉,所用设备常见易得,制备过程简便,整体能耗较低,有利于工业化生产。不同于常见CuS纳米材料制备过程中经常用到模板,或采用高温煅烧,本发明采用金属离子掺杂在较低温度下即可调节CuS纳米材料的形貌与结构。另外,本发明的制备方法,通过改变反应参数还可以对CuS纳米花中纳米片的尺寸进行调控,根据需要制备出电化学性能较好的产品。
[0020] 本发明的分层结构CuS纳米花,形貌特征鲜明,较薄的纳米片自组装成分层的CuS纳米花。
[0021] 本发明的分层结构CuS纳米花作为钠离子电池负极材料的应用,CuS独特的分层结构,可以提供更多的活性位点,缩短钠离子扩散路径,进一步提高离子或电子的传输效率。

实施方案

[0027] 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。
[0028] 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。
[0029] 下面结合附图对本发明做进一步详细描述:
[0030] 实施例1
[0031] 1)将三氟甲磺酸铜和氯化镍加入1,4‑丁二醇中,配制成溶液A,铜离子浓度为0.01mol/L,镍离子浓度为0.005mol/L;
[0032] 将硫代氨基脲加入去离子水中,配制成浓度为0.01mol/L的溶液B;
[0033] 2)将溶液B按照体积比1:0.4滴加至溶液A中,得到混合液;滴加时间为10分钟,滴加完成后搅拌0.5小时;
[0034] 3)将混合液在40℃加热11小时,反应结束后,去离子水、乙醇洗涤3次,50℃真空干燥12小时,得到分层结构CuS纳米花。
[0035] 参见图1,图1为本发明制备的CuS纳米花的XRD图,从图1可以确定CuS纳米花物相组成,具有较高的纯度。
[0036] 参见图2,图2为实施例1产物的扫描电镜图,其中制得的CuS纳米材料形貌特征鲜明,呈规整的纳米花状,直径大约为400nm。
[0037] 参见图3,图3为产物的透射电镜图,从图中可以看出CuS二维纳米片自组装成独特的分层结构CuS纳米花。
[0038] 参见图4,图4为CuS纳米花的EDS图,从图中可以看出,Cu、S、Sn元素分布比较均匀,Sn元素在图1中并未出现,因此,推测Sn元素可能是以离子的形式掺杂到了CuS晶格中。
[0039] 参见图5,图5给出了CuS纳米花作为钠离子电池负极材料的充放电图,其中,在电流密度为1.0A/g下,放电比容量、充电比容量分别为478mAh/g、471mAh/g。
[0040] 实施例2
[0041] 1)将酒石酸铜和氯化钯加入1,4‑丁二醇中,配制成溶液A,铜离子浓度为0.02mol/L,钯离子浓度为0.01mol/L;
[0042] 将L‑甲硫氨酸加入去离子水中,配制成浓度为0.02mol/L的溶液B;
[0043] 2)将溶液B按照体积比1:0.6滴加至溶液A中,得到混合液;滴加时间为20分钟,滴加完成后搅拌1小时;
[0044] 3)将混合液在50℃加热10小时,反应结束后,去离子水、乙醇洗涤6次,60℃真空干燥11小时,得到分层结构CuS纳米花。
[0045] 实施例3
[0046] 1)将葡萄糖酸铜和二氯化锡加入1,4‑丁二醇中,配制成溶液A,铜离子浓度为0.03mol/L,锡离子浓度为0.02mol/L;
[0047] 将2‑硫脲嘧啶加入去离子水中,配制成浓度为0.03mol/L的溶液B;
[0048] 2)将溶液B按照体积比1:0.8滴加至溶液A中,得到混合液;滴加时间为30分钟,滴加完成后搅拌0.5小时;
[0049] 3)将混合液在60℃加热9小时,反应结束后,去离子水、乙醇洗涤4次,70℃真空干燥10小时,得到分层结构CuS纳米花。
[0050] 实施例4
[0051] 1)将三氟甲磺酸铜和氯化镍加入1,4‑丁二醇中,配制成溶液A,铜离子浓度为0.04mol/L,镍离子浓度为0.01mol/L;
[0052] 将硫代氨基脲加入去离子水中,配制成浓度为0.01mol/L的溶液B;
[0053] 2)将溶液B按照体积比1:1滴加至溶液A中,得到混合液;滴加时间为10分钟,滴加完成后搅拌1小时;
[0054] 3)将混合液在70℃加热8小时,反应结束后,去离子水、乙醇洗涤5次,80℃真空干燥9小时,得到分层结构CuS纳米花。
[0055] 本发明利用廉价易得的原料及简便高效的制备条件完成了CuS纳米花的制备,并得到了独特的一种金属离子掺杂分层结构CuS纳米花,作为钠离子电池负极材料,具有较好的电化学性能。
[0056] 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。

附图说明

[0022] 图1为实施例1的CuS纳米花的XRD图;
[0023] 图2为实施例1的CuS纳米花的扫描电镜图;
[0024] 图3为实施例1的CuS纳米花的透射电镜图;
[0025] 图4为实施例1的CuS纳米花的EDS图;
[0026] 图5为实施例1的CuS纳米花的充放电图。
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