1.一种二硫化钴/硼氮硫共掺杂多孔碳复合材料,其特征在于,硼氮硫共掺杂多孔碳基体中均匀分散着细小的CoS2纳米颗粒。
2.一种如权利要求1所述二硫化钴/硼氮硫共掺杂多孔碳复合材料的制备方法,其特征在于,首先分别以金属有机框架材料(ZIF‑67)、聚丙烯腈(PAN)和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为钴源、含氮碳源和造孔剂,N,N‑二甲基甲酰胺(DMF)为限域溶剂,制得混合胶体;将混合胶体先进行加热预碳化,然后进行高温限域碳化并以硼酸铵(NH4HB4O7·3H2O)为硼源进行硼掺杂,得到金属钴纳米颗粒/硼氮共掺杂碳复合材料(Co/BNC);最后对其进行硫化处理获得二硫化钴/硼氮硫共掺杂多孔碳复合材料(CoS2/BNSC)。
3.如权利要求2所述的制备方法,其特征在于,具体步骤如下:
(1)在室温下,采用化学沉淀法制备具有十二面体形状的ZIF‑67;
(2)在室温下,将聚丙烯腈(PAN)和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)溶解于N,N‑二甲基甲酰胺(DMF)中,之后将步骤(1)制得的ZIF‑67超声分散于溶液中,加热搅拌蒸发部分溶剂,制得粘稠状胶体;
(3)将步骤(2)中制得的胶体在惰性气氛中加热预碳化,然后进行高温限域碳化并以硼酸铵(NH4HB4O7·3H2O)作为硼源进行硼掺杂,得到金属钴纳米颗粒/硼氮共掺杂碳复合材料(Co/BNC);
(4)将步骤(3)得到的金属钴纳米颗粒/硼氮共掺杂碳复合材料(Co/BNC)与升华硫粉末按一定比例混合后,在惰性气氛保护下进行硫化处理,获得二硫化钴/硼氮硫共掺杂多孔碳复合材料(CoS2/BNSC)。
4.如权利要求3所述的制备方法,其特征在于,步骤(1)具体为:配制浓度为1~2mol/L的2‑甲基咪唑水溶液;将此2‑甲基咪唑水溶液缓慢滴加到0.3~0.8mol/L的NaOH水溶液中,获得混合溶液A;配制浓度为0.3~0.8mol/L的硝酸钴(Co(NO3)2·6H2O)水溶液,标记为溶液B;将溶液B缓慢滴加到溶液A中,持续搅拌6~18h后,对沉淀物进行离心,并于50~80℃下真空干燥12~24h,获得ZIF‑67。
5.如权利要求3所述的制备方法,其特征在于,步骤(2)具体为:将0.2~0.6g平均分子量为80000~150000的聚丙烯腈(PAN)和0.2~0.5g平均分子量为10000~40000的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)溶解于25mL N,N‑二甲基甲酰胺(DMF)中,之后称取0.1~0.4g ZIF‑67超声分散于上述混合溶液中,持续搅拌12‑24h后,60~80℃加热搅拌蒸发部分溶剂,制得粘稠状混合胶体。
6.如权利要求3所述的制备方法,其特征在于,步骤(3)具体为:将步骤(2)中制得的胶体在惰性气氛保护下加热预碳化,其中惰性气氛为体积比为5:1的氮/氢混合气,温度为640~680℃,保温时间为2~4h,升温速率为1~2℃/min;之后再进行高温限域碳化并以硼酸铵(NH4HB4O7·3H2O)作为硼源进行硼掺杂得到金属钴纳米颗粒/硼氮共掺杂碳复合材料(Co/BNC),其中惰性气氛为氮气,碳化温度为750~850℃,碳化时间为2~4h,升温速率为2~5℃/min。
7.如权利要求3所述的制备方法,其特征在于,步骤(4)具体为:将步骤(3)得到的金属钴纳米颗粒/硼氮共掺杂碳复合材料(Co/BNC)与升华硫粉按质量比为1:10~20混合后,在氩气气氛保护下进行硫化处理,获得二硫化钴/硼氮硫共掺杂多孔碳复合材料(CoS2/BNSC),其中硫化温度为400~450℃,硫化时间为1~3h,升温速率为1~3℃/min。
8.如权利要求1所述二硫化钴/硼氮硫共掺杂多孔碳复合材料在钠离子电池负极材料中的应用,其特征在于,将二硫化钴/硼氮硫共掺杂多孔碳复合材料与导电剂、粘结剂按照一定比例研磨混合得到浆料,将所得浆料均匀涂覆于金属箔片上,之后真空干燥,再用切片机切成电极片,得到二硫化钴/硼氮硫共掺杂多孔碳钠离子电池负极。
9.如权利要求8所述的应用,其特征在于,将二硫化钴/硼氮硫共掺杂多孔碳复合材料(CoS2/BNSC)与导电剂、粘结剂按质量比为8:1:1的比例研磨混合得到浆料,将所得浆料均匀涂覆于铝箔或铜箔上,之后70℃真空干燥24h,再用切片机切成电极片,得到二硫化钴/硼氮硫共掺杂多孔碳钠离子电池负极材料。
10.如权利要求9所述的应用,其特征在于,制备的二硫化钴/硼氮硫共掺杂多孔碳钠离
2
子电池负极材料中活性材料的面积质量为1.0~2.0mg/cm ,其中CoS2所占质量比为15~
30%。