[發明專利]一種硫化鎳顆粒/纖維素基復合碳氣凝膠材料的制備方法

有效

• 申請號: 201610315966.3
• 申請日: 2016-05-12
• 公開（公告）號: CN107369563B
• 公開（公告）日: 2021-01-26
• 發明（設計）人: 劉天西;左立增;張由芳;樊瑋;尹一戈;董玥
• 申請（專利權）人: 復旦大學;圣戈班研發（上海）有限公司
• 主分類號: H01G11/30
• 分類號: H01G11/30;H01G11/34;H01M4/583;H01M4/58;H01M4/139;H01G9/20;H01G9/042
• 代理公司: 上海華誠知識產權代理有限公司 31300
• 代理人: 徐穎聰;肖華

本發明公開了一種硫化鎳顆粒/纖維素基復合碳氣凝膠材料的制備方法。本發明所述的硫化鎳/纖維素基復合碳氣凝膠以一種或多種纖維素、鎳鹽、硫源為原料；其制備過程包括：將纖維素溶解成纖維素濃溶液，再經溶膠?凝膠過程、冷凍干燥技術制備纖維素氣凝膠；通過高溫碳化處理制備得到纖維素基碳氣凝膠；通過一步溶劑熱法在纖維素基碳氣凝膠上原位生長硫化鎳顆粒。本發明采用來源廣泛、成本低廉的纖維素為前軀體，無有毒有害試劑的使用，所制得的硫化鎳顆粒/纖維素基復合碳氣凝膠具有硫化鎳顆粒分布均勻、高比表面積、高導電率等特點，是一種理想的超級電容器、鋰離子電池等新能源器件的電極材料。

技術領域

本發明屬于過渡金屬硫化物-碳氣凝膠技術領域，具體涉及一種硫化鎳顆粒/纖維素基復合碳氣凝膠材料及其制備方法。

背景技術

氣凝膠是一種以氣體為分散介質的具有三維網絡結構的多孔性凝膠類物質，孔隙率一般為80～99.8％，比表面積一般為200～1000m²g^-1，密度通常小于0.1g cm^-3。自1931年Kistler制備出第一種氣凝膠-二氧化硅氣凝膠以來，相繼出現了高分子氣凝膠、碳氣凝膠以及其他氣凝膠。近年來，碳氣凝膠由于具有高孔隙率、低密度、高比表面積、高導電率、結構可控以及穩定性好等優點，得到了廣泛的關注和應用。高孔隙率和高比表面積等優點使得碳氣凝膠表現出強吸附能力，在吸附劑、催化劑載體等方面具有廣闊的應用前景；高比表面積、高導電率、結構可控、穩定性好等優點使碳氣凝膠可以作為儲能器件的電極材料。

碳氣凝膠因其具有較高的比表面積、良好的導電性以及熱穩定性而被用于制備電極材料，但碳氣凝膠比容量較低，并且制備此碳氣凝膠的常用原料之一甲醛是一種有毒氣體，會對環境和人類健康產生不利影響。因此，碳氣凝膠在使用過程中受到限制。

發明內容

本發明針對上述碳氣凝膠的缺點，提供一種制備過程環保、制備成本較低的硫化鎳顆粒/纖維素基復合碳氣凝膠，以及其制備方法和應用。

本發明提供一種硫化鎳顆粒/纖維素基復合碳氣凝膠的制備方法，采用一步溶劑熱法在纖維素基碳氣凝膠骨架上原位生長硫化鎳顆粒，其制備原料組成包括：一種或多種纖維素、堿溶液、鎳鹽、硫源，具體步驟如下：

(1)將纖維素分散于堿溶液中，得到半透明的纖維素濃溶液；

(2)將纖維素濃溶液轉移至模具中，在50～120℃溫度的水浴中加熱3～6h，得到堿性纖維素水凝膠；

(3)將堿性纖維素水凝膠在去離子水中浸泡12～72h，得到纖維素水凝膠；

(4)將纖維素水凝膠在冷凍為固體，然后在冷凍干燥機中冷凍干燥，冷凍干燥時間為12～72h，得到纖維素氣凝膠；

(5)將纖維素氣凝膠進行高溫碳化，得到纖維素基碳氣凝膠；

(6)將鎳鹽、硫源溶于適當溶劑，制備得到含有鎳源和硫源的混合溶液；

(7)將制備得到的纖維素基碳氣凝膠與含有鎳源和硫源的混合溶液在100～220℃下通過溶劑熱反應6～24h，經洗滌、干燥后得到硫化鎳/纖維素基復合碳氣凝膠。

進一步地，所述堿溶液為氫氧化鈉/尿素的混合溶液。

優選地，所述的纖維素濃溶液由以下步驟制備：先將纖維素分散于氫氧化鈉/尿素的混合溶液，再將溶液置于冰箱中冷凍，冷凍溫度為-18～10℃，然后快速攪拌一段時間，得到纖維素濃溶液。

優選地，所述的氫氧化鈉/尿素混合溶液中氫氧化鈉占混合溶液總重量的5～10％，尿素占混合溶液總重量的10～15％。

進一步地，所述的纖維素包含植物纖維素、細菌纖維素、再生纖維素,所述的纖維素濃溶液的纖維素固含量為1～5％。