[發(fā)明專(zhuān)利]一種Ni-Co-S納米針陣列的制備方法及其應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810050173.2
• 申請(qǐng)日: 2018-01-18
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108281292B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-11-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐錫金;何為東;魏云瑞;季科宇;張東鑫
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 濟(jì)南大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H01G11/24
• 分類(lèi)號(hào): H01G11/24;H01G11/30;H01G11/86
• 代理公司: 北京中索知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11640
• 代理人: 商金婷

本發(fā)明公開(kāi)了一種Ni?Co?S納米針陣列的制備方法，其主要改進(jìn)點(diǎn)為，將水熱反應(yīng)的時(shí)間控制在8h時(shí)，水熱反應(yīng)的溫度120℃增大到160℃，Ni?Co?S納米片陣列將轉(zhuǎn)變成Ni?Co?S納米針陣列；成功的說(shuō)明了硫化過(guò)程對(duì)納米材料形貌的影響。將制備的Ni?Co?S納米陣列作為自支撐電極，在堿性電解液中通過(guò)三電極測(cè)試，當(dāng)電流密度為2mAcm^?2時(shí)比電容高達(dá)1.334Fcm^?1，大電流充放電時(shí)比電容保持率可達(dá)到80％(電流密度在20mAcm^?2時(shí))，同時(shí)具有極好的導(dǎo)電性。這項(xiàng)研究提供了一種普適的、廉價(jià)的生產(chǎn)高性能超級(jí)電容器電極的方法，為便攜式電子器件的發(fā)展提供了一條新思路。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種納米材料，特別涉及一種Ni-Co-S納米針陣列的制備方法。

背景技術(shù)

目前，具有高的功率密度，快速充放電，良好循環(huán)穩(wěn)定性和環(huán)境友好性的電化學(xué)超級(jí)電容器(ESCs)在儲(chǔ)能器件方面引起了高度關(guān)注。然而，大多數(shù)電化學(xué)超級(jí)電容器與傳統(tǒng)充放電電池相比仍然有著相對(duì)較低的能量密度(一般低于10W h kg^-1)。贗電容器作為超級(jí)電容器的一種，其儲(chǔ)能原理主要是電極材料表面快速可逆的多電子法拉第反應(yīng)，與雙層電容器相比，具有更大的比電容和能量密度。然而電極材料如過(guò)渡金屬氧化物/氫氧化物和碳材料，本身通常具有低的電導(dǎo)率和比電容，這就阻礙了電化學(xué)超級(jí)電容器的大規(guī)模實(shí)際應(yīng)用。

最近，過(guò)渡金屬硫化物(TMS)，尤其是硫化鎳(Ni₂S₃等)，硫化鈷 (Co₉S₈,Co₃S₄等)和立方結(jié)構(gòu)的鈷鎳硫化物(Co-Ni-S等)與其對(duì)應(yīng)的氧化物相比，由于具有優(yōu)良的導(dǎo)電性和高的電化學(xué)活性被報(bào)道為有效的贗電容電極材料。此外，雙金屬硫化物同時(shí)具有鎳和鈷離子與單金屬硫化物(硫化鎳、硫化鈷)相比可以提供更豐富的氧化還原反應(yīng)，這就使得其具有更高的比電容性質(zhì)。這種雙金屬硫化物可以通過(guò)其金屬氧化物/氫氧化物前驅(qū)體的陰離子交換反應(yīng)和Kirkendall效應(yīng)制備獲得，最終重構(gòu)多種可調(diào)形貌的納米結(jié)構(gòu)，如納米球、納米線、碳納米管和納米片。但是目前為止，過(guò)渡金屬硫化物電極材料，由于它們的高度依賴于材料表面的法拉第氧化還原反應(yīng)和大電流密度下遲緩的反應(yīng)動(dòng)力，使得其具有低電容保持率和較差的電化學(xué)穩(wěn)定性。因此，先進(jìn)的贗電容電極材料結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)不僅可以提高電導(dǎo)率和原子利用率，而且可以有效的縮短電子/離子擴(kuò)散路徑。二維納米片結(jié)構(gòu)由于結(jié)構(gòu)的各向異性和高的面積體積比,這賦予電子和離子較短的擴(kuò)散路徑。更重要的是，直接在具有導(dǎo)電性基底上(石墨烯、碳纖維、碳納米管/納米線、導(dǎo)電聚合物、和泡沫鎳等)構(gòu)建無(wú)粘合劑自支撐結(jié)構(gòu)的納米陣列將有效的促進(jìn)贗電容的電荷轉(zhuǎn)移和提高電導(dǎo)率。但是，在導(dǎo)電基底上二位納米片的自聚集和無(wú)序排列限制了活性位點(diǎn)的暴露，使其比電容和氧化還原反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)降低。因此，探索合適的功能材料，進(jìn)一步精細(xì)地設(shè)計(jì)和加工它們的微納結(jié)構(gòu)和特定的成分，以滿足上述前提條件，是十分重要和迫切的工作。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種Ni-Co-S納米針陣列的制備方法，包括如下步驟：

1)將Co(NO₃)₂·6H₂O、Ni(NO₃)₂·6H₂O和C₆H₁₂N₄溶解于甲醇中，形成清晰的溶液，然后將泡沫鎳添加到上述溶液中，得混合液；將所述混合液置于高壓反應(yīng)釜中，在溫度170～190℃保持11～13h，得負(fù)載有Ni-Co前驅(qū)體的泡沫鎳；

2)將硫代乙酰胺溶解于去離子水中，充分分散后得硫代乙酰胺溶液，將所述負(fù)載有Ni-Co前驅(qū)體的泡沫鎳添加到所述硫代乙酰胺溶液中，在溫度140～160℃的條件下保持8～12h,得Ni-Co-S納米針陣列。

優(yōu)選的，鈷元素和鎳元素的物質(zhì)的量之比為2：1；