[發明專利]蜂窩狀硒化鎳納米片陣列電極材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201710932864.0
• 申請日: 2017-10-10
• 公開（公告）號: CN107818873A
• 公開（公告）日: 2018-03-20
• 發明（設計）人: 杜衛民;杜路路;趙俊紅;許志獻;李強
• 申請（專利權）人: 安陽師范學院
• 主分類號: H01G11/24
• 分類號: H01G11/24;H01G11/30;H01G11/86
• 代理公司: 鄭州聯科專利事務所(普通合伙)41104
• 代理人: 時立新

技術領域

本發明屬于超級電容器電極材料技術領域，具體涉及一種蜂窩狀硒化鎳納米片陣列電極材料及其制備方法。

背景技術

電極材料的性能優劣對超級電容器的應用具有決定性的作用。迄今為止，過渡金屬化合物由于其豐富的氧化還原反應、廉價的成本、較高的電荷存儲能力而受到了極大地關注。特別是一些在自然界中含量豐富、價格低廉的錳、鈷、鎳的化合物成為目前研究最多的一類電極材料。然而，過渡金屬化合物通常具有較差的電導率，這會增加電極的薄層電阻和電荷轉移電阻，導致其在高的電流密度下更大的內阻損耗。因此，尋找具有較高電導率的過渡金屬化合物成為影響超級電容器性能的決定性因素。

眾所周知，O，S，Se屬于同一主族元素，具有類似的化學性質。而且，Se的電導率(1×10^-3S m^-1)遠遠高于S的電導率(1×10^-28S m^-1)。因此，相對于氧化物和硫化物而言，過渡金屬硒化物通常具有較高的電導率。此外，由于鎳的電子構型(3d⁸4s²)及其與Se元素相類似的電負性(Ni：χ＝1.9，Se：χ＝2.4)，鎳和硒可以形成多種類型的硒化物。其中的NiSe₂，NiSe，Ni_0.85Se以及Ni₃Se₂是其在室溫下的穩定相。這些硒化鎳內在的金屬性使其具有較高電導率，所以，硒化鎳將會是一種適用于超級電容器的電極材料。盡管目前已有一些關于金屬硒化物的合成報道，如：CoSe₂，SnSe₂，SnSe，(NiCo)_0.85Se GeSe₂，但是硒化鎳的相關研究還比較少。開發一種簡單、低成本的方法制備適用于超級電容器的硒化鎳納米結構具有非常重要的現實意義。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明目的在于提供一種高電導率的蜂窩狀硒化鎳納米片陣列電極材料；另一目的在于提供一種簡單、低成本的其制備方法。

為實現本發明目的，在本發明的技術方案中，以泡沫鎳為鎳源，以Se粉為硒源，采用一步水熱法制備蜂窩狀硒化鎳納米片陣列。

其制備方法為：首先將Se粉和Na₂SO₃溶液混合，制備一定濃度的硒代硫酸鈉溶液。然后將處理過的泡沫鎳放入其中，進行水熱處理。控制反應溫度及時間，即可得到適用于超級電容器的蜂窩狀硒化鎳納米片陣列電極材料。具體通過以下步驟實現：

1)Na₂SeSO₃溶液的配制：將Se粉和Na₂SO₃溶液混合，在110-120℃加熱回流反應，配制成Na₂SeSO₃溶液；優選Na₂SO₃溶液的濃度為0.1mol/L，Na₂SO₃和Se粉的物質的量之比為1:4～1:6。

2)泡沫鎳的預處理：將泡沫鎳剪成1×4cm的尺寸，用3mol/L的鹽酸超聲處理，去除表面的氧化物。再用無水乙醇、去離子水交替清洗，真空干燥備用。

3)蜂窩狀硒化鎳納米片陣列的合成：將步驟(1)制得的Na₂SeSO₃溶液加入到高壓反應釜中，再將步驟(2)預處理的泡沫鎳放入反應釜，在160-180℃條件下反應，反應結束后，反應釜自然冷卻，泡沫鎳經洗滌，真空干燥，即可獲得蜂窩狀硒化鎳納米片陣列。

電化學性能測試：將獲得的蜂窩狀硒化鎳納米片陣列直接用作超級電容器電極，在三電極系統中測試其電化學性能。鉑電極和飽和甘汞電極(SCE)分別用作對電極和參比電極，電解質為3.0mol/L KOH溶液。循環伏安在電化學工作站(CHI660E，上海辰華)測試。恒電流充放電在Arbin電化學儀器上完成。

本發明方法中，所述的鎳源為泡沫鎳，優選泡沫鎳的厚度為1.5mm，面密度為280-420g/m²，孔徑為0.2-0.6mm。所述的硒源為Se粉，均為市售品。

本發明優點和創新點如下：

①由于本發明采用了一步水熱法反應，原料便宜、操作簡單、成本低、效率高，且能很好地獲得蜂窩狀硒化鎳納米片陣列，納米片的厚度約15納米，無雜質，純度高。