首页 / 专利库 / 复合材料 / 莫来石 / / 一种NiS2/ZnIn2S4复合材料及其制备方法和应用

一种NiS2/ZnIn2S4复合材料及其制备方法和应用

阅读:650发布:2022-03-11

专利汇可以提供一种NiS2/ZnIn2S4复合材料及其制备方法和应用专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 提供的一种NiS2/ZnIn2S4 复合材料 及其制备方法,属于催化剂制备技术领域。本发明将摩尔比为0.5:1:4:(0.25~1.0)的乙酸锌、氯化铟、硫代乙酰胺、 硝酸 镍加入到无 水 乙醇 中进行 溶剂 热反应,经离心、清洗、 真空 干燥后得到NiS2/ZnIn2S4复合材料。NiS2/ZnIn2S4复合材料为NiS2和ZnIn2S4原位复合而成的纳米片,其中NiS2与ZnIn2S4形成 异质结 构,将该复合材料应用于锂- 氧 气 电池 正极催化剂中,不仅具备较低的过电位(2000mA hg-1,500mA g-1下,充放电过电位为1.19V),而且其充放电循环 稳定性 优良,无明显的 电压 衰减,表现出了优异的综合电化学性能。,下面是一种NiS2/ZnIn2S4复合材料及其制备方法和应用专利的具体信息内容。

1.一种NiS2/ZnIn2S4复合材料,其特征在于,所述NiS2/ZnIn2S4复合材料为NiS2和ZnIn2S4原位复合而成的纳米片,其中NiS2与ZnIn2S4形成异质结构,所述NiS2与ZnIn2S4的摩尔比为(0.5~2.0):1,所述纳米片的厚度为10~50nm。
2.一种NiS2/ZnIn2S4复合材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1:将摩尔比为0.5:1:4:(0.25~1.0)的乙酸锌、氯化铟、硫代乙酰胺和硝酸镍加入无乙醇中,得到混合溶液A;其中,混合溶液A中乙酸锌的浓度为8.33mmol/L;
步骤2:将混合溶液A倒入反应釜中,在160~200℃下溶剂热反应20~26h,反应完成后自然冷却至室温,经离心、洗涤、真空干燥,最终得到NiS2/ZnIn2S4复合材料。
3.根据权利要求2所述NiS2/ZnIn2S4复合材料的制备方法,其特征在于,步骤1中所述乙酸锌采用硝酸锌或氯化锌替代。
4.根据权利要求2所述NiS2/ZnIn2S4复合材料的制备方法,其特征在于,步骤1中所述硝酸镍采用乙酸镍或氯化镍替代。
5.权利要求1所述NiS2/ZnIn2S4复合材料作为锂-电池正极催化剂的应用。
6.权利要求2~4任一项所述方法得到的NiS2/ZnIn2S4复合材料作为锂-氧气电池正极催化剂的应用。

说明书全文

一种NiS2/ZnIn2S4复合材料及其制备方法和应用

技术领域

[0001] 本发明涉及催化剂制备技术领域,具体而言,涉及一种NiS2/ZnIn2S4复合材料及其制备方法和其作为锂-电池正极催化剂的应用。

背景技术

[0002] 相比于目前商用的锂离子电池,可充电锂-氧气电池具有更高的理论能量密度(3608Wh kg-1),被认为是最有希望的下一代储能装置之一。锂-氧气电池是一种用活泼金属Li为负极,氧气为正极的新型燃料电池,具有无污染、材料丰富、可再生利用、放电电压平稳、比能量高、储存寿命长、价格低廉等优点,因而是极具发展和应用前景的新能源储能体系。
[0003] 虽然锂-氧气电池具有上述的各种优点,但是其较高的充电过电位,导致其在目前的使用过程中整体电化学性能表现不佳,且循环性能较差。

发明内容

[0004] 本发明针对现有技术中锂-氧气电池的过电位较高问题,提出了一种NiS2/ZnIn2S4复合材料及其制备方法和其作为锂-氧气电池正极催化剂的应用,解决锂-氧气电池在充电过程中过电位较高及循环稳定性差的技术问题。
[0005] 本发明的技术方案如下:
[0006] 一种NiS2/ZnIn2S4复合材料,其特征在于,所述NiS2/ZnIn2S4复合材料为NiS2和ZnIn2S4原位复合而成的纳米片,其中NiS2与ZnIn2S4形成异质结构,所述NiS2与ZnIn2S4的摩尔比为(0.5~2.0):1,所述纳米片的厚度为10~50nm。
[0007] 一种制备上述NiS2/ZnIn2S4复合材料的方法,其特征在于,包括以下步骤:
[0008] 步骤1:将摩尔比为0.5:1:4:(0.25~1.0)的乙酸锌(Zn(CH3COO)2·2H2O)、氯化铟(InCl3·4H2O)、硫代乙酰胺(TAA)、硝酸镍(Ni(NO3)2·6H2O)加入到无乙醇中进行混合,得到混合溶液A;其中,混合溶液A中乙酸锌的浓度为8.33mmol/L;
[0009] 步骤2:将混合溶液A倒入反应釜中,在160~200℃下溶剂热反应20~26h,反应完成后自然冷却至室温,经离心、洗涤、真空干燥,最终得到NiS2/ZnIn2S4复合材料。
[0010] 进一步地,步骤1中所述乙酸锌采用硝酸锌或氯化锌替代,硝酸镍采用乙酸镍或氯化镍替代。
[0011] 本发明进一步提供了将上述NiS2/ZnIn2S4复合材料应用于锂-氧气电池作为正极催化剂的应用。
[0012] 本发明的有益效果为:
[0013] 本发明提供了一种纳米片状NiS2/ZnIn2S4复合材料,将其应用于锂-氧气电池正极催化剂中,不仅具备较低的过电位(2000mA hg-1,500mA g-1下,充放电过电位为1.19V),而且其充放电循环稳定性优良,无明显的电压衰减,表现出了优异的综合电化学性能。附图说明
[0014] 图1为实施例3得到的NiS2/ZnIn2S4复合材料的XRD图;
[0015] 图2为实施例3得到的NiS2/ZnIn2S4复合材料的SEM图;
[0016] 图3为实施例3得到的NiS2/ZnIn2S4复合材料的TEM图;
[0017] 图4为基于实施例3得到的NiS2/ZnIn2S4复合材料的锂-氧气电池进行电化学性能测试得到的首次充放电图,并与纯NiS2和纯ZnIn2S4作为电池正极催化剂作对比;
[0018] 图5为基于实施例3得到的NiS2/ZnIn2S4复合材料的锂-氧气电池进行电化学性能测试得到的循环性能图,并与纯NiS2和纯ZnIn2S4作为电池正极催化剂作对比。

具体实施方式

[0019] 下面结合附图和实施例,详述本发明的技术方案。
[0020] 实施例1
[0021] 步骤1:将0.5mmol的乙酸锌、1mmol的氯化铟、4mmol的硫代乙酰胺和0.25mmol硝酸镍加入到60ml无水乙醇中进行混合,得到混合溶液A;其中,混合溶液A中乙酸锌的浓度为8.33mmol/L;
[0022] 步骤2:将混合溶液A倒入100ml反应釜中进行160℃溶剂热反应,溶剂热反应进行24h,自然冷却至室温后,将反应后的混合溶液转移至50mL的离心管中,在8000r/min转速下离心10min,再用无水乙醇、去离子水清洗,重复三次,并在真空干燥箱内60℃干燥12h,最终得到NiS2/ZnIn2S4复合材料。
[0023] 实施例2
[0024] 按照实施例1的步骤制备NiS2/ZnIn2S4复合材料,仅将步骤1中硝酸镍的含量从0.25mmol调整为0.5mmol,其他步骤不变。
[0025] 实施例3
[0026] 按照实施例1的步骤制备NiS2/ZnIn2S4复合材料,仅将步骤1中硝酸镍的含量从0.25mmol调整为0.75mmol,其他步骤不变。
[0027] 实施例4
[0028] 按照实施例1的步骤制备NiS2/ZnIn2S4复合材料,仅将步骤1中硝酸镍的含量从0.25mmol调整为1.0mmol,其他步骤不变。
[0029] 实施例5
[0030] 按照实施例1的步骤制备NiS2/ZnIn2S4复合材料,仅将步骤2中溶剂热反应温度从160℃调整为200℃,其他步骤不变。
[0031] 将本发明实施例3中得到的NiS2/ZnIn2S4复合材料与PVDF粘结剂混合,然后涂覆至纸集流体上作为正极,并组装成锂-氧气电池进行电化学测试,得到的相关表征和性能测试结果如下:
[0032] 由图1可以看出,NiS2/ZnIn2S4复合材料的所有典型峰均可以与六方相的ZnIn2S4(JCPDS卡片:65-2023)和立方相的NiS2(JCPDS卡片:88-1709)精确匹配,证明ZnIn2S4和NiS2在复合材料中共存。
[0033] 由图2可以看出,NiS2/ZnIn2S4复合材料的形貌呈现纳米片状。
[0034] 由图3可以看出,NiS2/ZnIn2S4复合材料的两种晶面及晶面间距分别对应了NiS2和ZnIn2S4的(200)和(102)面,存在耦合界面和清晰的相交晶格条纹,没有明显的无定型区域,从而确认NiS2与ZnIn2S4形成异质结构
[0035] 由图4可以看出,当容量限制为2000mA hg-1时,在500mA g-1的电流密度下,基于NiS2/ZnIn2S4复合材料的锂-氧气电池的充放电过电位(半容)为1.19V,低于纯NiS2和纯ZnIn2S4的过电位。
[0036] 由图5可以看出,当容量限制为500mA hg-1时,在500mA g-1的电流密度下,基于NiS2/ZnIn2S4复合材料的锂-氧气电池可以循环497次,且无明显的电压衰减,和纯NiS2和纯ZnIn2S4相比具有稳定的循环性能。
高效检索全球专利

专利汇是专利免费检索,专利查询,专利分析-国家发明专利查询检索分析平台,是提供专利分析,专利查询,专利检索等数据服务功能的知识产权数据服务商。

我们的产品包含105个国家的1.26亿组数据,免费查、免费专利分析。

申请试用

分析报告

专利汇分析报告产品可以对行业情报数据进行梳理分析,涉及维度包括行业专利基本状况分析、地域分析、技术分析、发明人分析、申请人分析、专利权人分析、失效分析、核心专利分析、法律分析、研发重点分析、企业专利处境分析、技术处境分析、专利寿命分析、企业定位分析、引证分析等超过60个分析角度,系统通过AI智能系统对图表进行解读,只需1分钟,一键生成行业专利分析报告。

申请试用

QQ群二维码
意见反馈