[发明专利]一种非晶硫化钴纳米线及其制备方法

说明书

本发明公开了一种非晶硫化钴纳米线及其制备方法，该非晶硫化钴纳米线包括一碳纳米框限域结构以及填充于该碳纳米框限域结构内的非晶硫化钴纳米线丝，该方法能够简单、高效、低成本地制备该非晶硫化钴纳米线，且制备的非晶硫化钴纳米线具有较高的导电性和较大比表面积，在离子电池领域具有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于功能纳米材料技术领域，具体涉及一种非晶硫化钴纳米线及其制备方法。

背景技术

当今社会为了保持经济的飞速发展，主要依赖于煤、石油等不可再生资源，但不可再生资源的不断减少必将越来越明显的限制经济发展和社会发展，而锂离子电池的循环使用，可以降低对不可再生能源的需求量，是有效缓解这一问题的最佳选择之一。

近年来，锂离子电池商业化的成功引起了全世界的广泛关注。多年来，各国政府都投入了大量的人力和物力进行研究和开发，从而有效地促进了锂离子电池的商业化发展，但锂资源的快速消耗造成价格上涨以及人们对电池能量密度的更高需求等问题均对锂离子电池未来的发展提出了更多挑战。为了解决上述问题，近年来研究人员围绕金属离子二次电池开展了诸多深入研究以期满足市场需求。一方面，研究人员继续从锂离子电池体系内部进行深入挖掘，研发了许多性能优异的电极材料；另一方面，和金属锂相比，钠钾金属不仅储量丰富，价格便宜，环境友好，而且室温钠离子电池和钾离子电池的储能机理与锂离子电池极其相近，因而被认为是能够替代锂离子电池而成为下一代汽车动力源与大型电站配套电源的理想选择之一，而负极材料的制备与电化学性能的提升一直是提高电池整体性能的关键因素之一。

硫化钴(CoS)是一种无毒、环保的半导体材料，具有特殊的八面体结构，Co²⁺占据八面体的六个顶角，S^2-被Co²⁺包着处于八面体的中心。CoS的3d轨道电子排布结构比较特殊，这些特殊结构使其具有高的理论比容量、优异的热稳定以及环境友好等特点，被科研工作认为是最有潜力的离子电池负极材料。

目前，硫化钴的合成方法主要分为高温固相法、沉淀法、喷雾热解法和微波合成法，但是这些方法不是合成条件苛刻，就是无法控制粉体的粒径和形貌，更重要的是上述方法无法合成非晶态材料。这些年来，水热/溶剂热法合成硫化钴已经成为一种简单高效的硫化钴合成方法。一系列硫化钴通过多种方法制备出来，到目前为止，关于这种非晶硫化钴纳米线@碳纳米框限域结构的合成还未有报道。就文献调研而言，未见水热/溶剂热法合成非晶硫化钴纳米线@碳纳米框限域结构纳米棒的报道。因此，能够控制合成特定形貌的非晶硫化钴纳米线@碳纳米框限域结构，对于硫化钴纳米材料的发展具有极其重要的理论和实际意义。

发明内容

为此，本发明意在提供一种非晶硫化钴纳米线及其制备方法，该制备方法所制备的非晶硫化钴纳米线为碳纳米框限域结构中填充有非晶硫化钴纳米线丝，该方法具有简单、高效、低成本等优点。

其中一方面，本发明提供了一种非晶硫化钴纳米线，所述非晶硫化钴纳米线包括一碳纳米框限域结构以及填充于该碳纳米框限域结构内的非晶硫化钴纳米线丝，所述非晶硫化钴纳米线的线径大小为100nm～1000nm。

其中另一方面，本发明还提供了一种用于制备上述非晶硫化钴纳米线的制备方法，该制备方法包括步骤：步骤1：将四水乙酸钴和聚乙烯吡咯烷酮分别加入到无水乙醇中，完全溶解后配成混合溶液；步骤2：将所述步骤1中获得的所述混合溶液超声搅拌后转移到反应釜中进行水热处理，然后将反应生成的粉末进行离心收集并清洗洗涤，真空干燥至少12h后得到纳米钴棒状前驱体；步骤3：将所述步骤2中获得的所述纳米钴棒状前驱体以及L-半胱氨酸和葡萄糖粉末分别加入到无水乙醇中，完全溶解后配成混合溶液；步骤4：将所述步骤3中获得的所述混合溶液超声搅拌后转移到反应釜中进行水热处理，然后将反应生成的粉末进行离心收集并清洗洗涤，真空干燥至少12h后得到所述非晶硫化钴纳米线。

进一步地，所述步骤3中，所述纳米钴棒状前驱体、L-半胱氨酸和葡萄糖粉末的质量比为1:3:1或1:3:2或1:10:1。