[發明專利]一種納米硫化鎳-石墨烯復合電極材料的制備方法及應用

有效

• 申請號: 201810835300.X
• 申請日: 2018-07-26
• 公開（公告）號: CN109036864B
• 公開（公告）日: 2020-12-01
• 發明（設計）人: 董爽;向萌;秦雙
• 申請（專利權）人: 常州工學院
• 主分類號: H01G11/30
• 分類號: H01G11/30;H01G11/36;G01N27/327;C01G53/11;C01B32/184;B82Y30/00;B82Y15/00
• 代理公司: 常州西創專利代理事務所(普通合伙) 32472
• 代理人: 武政

本發明公開了一種納米硫化鎳?石墨烯復合電極材料的制備方法及應用，屬于電化學領域。本發明材料是通過將氧化石墨烯負載在碳纖維布上，再通過恒電位沉積法，將納米氫氧化鎳沉積在氧化石墨烯/碳纖維布表面的同時將氧化石墨烯還原，得到氫氧化鎳?石墨烯復合材料，最后與硫化鈉反應,得到納米硫化鎳?石墨烯復合材料。本發明的主要用在電化學儲能和電化學傳感器領域。

技術領域

本發明屬于電化學技術領域，更具體地是，涉及一種納米硫化鎳-石墨烯復合電極材料的制備方法及應用。

背景技術

隨著材料科學和納米技術的快速發展和相互融合，新型納米復合材料的設計已成為電催化、電化學能量儲存轉換和電化學傳感器等眾多電化學領域的研究熱點。石墨烯作為納米碳材料家族中一顆耀眼的新星，其電子遷移率比硅高140倍、拉伸強度比相同厚度合金鋼高100倍、面電阻比銅或銀更低、生物相容性好、合成成本低廉且熱力學穩定性高，這一系列優異的特性使其在電化學領域得到了廣泛的應用。

為了滿足實際應用需求，將石墨烯與過渡金屬化合物進行復合是一種行之有效的方法，基于二者的協同作用能夠得到最優異的電化學性能。如有人制備了四氧化三鈷/石墨烯泡沫電極用于構筑超級電容器和無酶型葡萄糖傳感器。硫化鎳作為常見的過渡金屬硫化物，具有獨特的物理和化學性質，是目前具有較好的研究前景的電極材料。而具有納米結構的硫化鎳，如納米線、納米花、納米片、納米棒和納米顆粒能賦予其較高的比表面積，有利于極大限度地提升電化學活性。

目前制備納米硫化鎳復合材料仍以水熱或溶劑熱法為主，中國專利201410373804.6報道了采用溶劑熱法制備出硫化鎳納米顆粒，先通過表面活性劑對硫化鎳顆粒表面改性，再與氧化石墨烯在靜電吸引作用下復合；再采用水合肼將氧化石墨烯還原，最終形成石墨烯封裝的納米硫化鎳/石墨烯復合正極材料。該制備方法采用表面活性劑后經熱處理改性硫化鎳的形貌，此制備方法過程可控性差且較復雜，很難得到純度較高的硫化鎳，對復合材料的電化學性能有影響。同時制備過程中采用有毒有機物水合肼為還原劑，具有一定危險性。該材料制備的電極只能在低電流密度下使用，且電化學性能不佳。因此采用新穎簡單地方法制備出高效、雙功能的納米硫化鎳復合材料，仍然是被業界廣為研究卻尚未解決的技術難題。

發明內容

針對現有的納米硫化鎳復合材料技術缺陷或改進需求，本發明提供了一種納米硫化鎳-石墨烯復合材料及其制備方法，目的在于解決目前硫化鎳復合材料制備繁瑣、性能單一的技術問題。

本發明提供了一種納米硫化鎳-石墨烯復合材料的制備方法，材料由石墨烯/導電基底和納米硫化鎳表層構成，制備步驟如下：(1)將導電基底材料置于氧化石墨烯溶液中，待表面負載完全，取出干燥。(2)以步驟(1)中制得氧化石墨烯/導電基底材料為工作電極，鎳元素的鹽溶液為電解液，采用恒電位沉積法，在一定電位及時間下將納米氫氧化鎳沉積在氧化石墨烯/導電基底表面的同時將氧化石墨烯還原，得到氫氧化鎳-石墨烯復合材料。(3)將氫氧化鎳-石墨烯復合材料與硫化鈉反應，得到納米硫化鎳-石墨烯復合材料。

所述的制備方法步驟(1)中導電基底材料為碳纖維布，其規格為1cm*1cm，氧化石墨烯溶液的濃度為2mg/ml～4mg/ml,干燥為真空干燥，干燥溫度為50～70℃，干燥時間為6～10h。

所述的制備方法步驟(2)中氧化石墨烯/碳纖維布工作電極中氧化石墨烯的含量為1～2mg/cm²。

所述的制備方法步驟(2)中鎳元素的鹽溶液為氯化鎳，硝酸鎳和硫酸鎳中的一種。

優選的，所述的制備方法步驟(2)中鎳元素的鹽溶液為氯化鎳，濃度為20～40mmol/L。

所述的制備方法步驟(2)中電位范圍為-1.2～-1V，時間為10～20min。

優選的，所述的制備方法步驟(2)中電位為-1.1V，時間為10min。