[發明專利]泡沫鎳負載Cu(OH)2

有效

• 申請號: 202011106322.6
• 申請日: 2020-10-15
• 公開（公告）號: CN112397318B
• 公開（公告）日: 2021-12-24
• 發明（設計）人: 唐少春;王建森;喬清山;張晟
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: H01G11/30
• 分類號: H01G11/30;H01G11/24;H01G11/86;C01G3/02;C01G53/11
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本發明公開了一種泡沫鎳負載Cu(OH)₂@Ni₃S₂核殼納米線復合電容材料及其制備方法。其特征在于，在水熱條件下，泡沫鎳的表層被硫化生成相互交織的Ni₃S₂納米線網絡層，然后通過液相反應在每一根納米線的表面形成Cu(OH)₂納米片的包覆層，從而獲得具有高比電容、高循環穩定性的負載Cu(OH)₂@Ni₃S₂核殼納米線電容材料。產物中納米線長達毫米級，相互交織形成類網狀結構，厚度極薄的納米片直徑約1μm。該制備方法簡單易操作，反應溶液重復使用，成本較低且易規模化。

技術領域：

本發明涉及一種超級電容器材料的制備方法，其特征為，對泡沫鎳在反應釜中進行水熱反應進行硫化生成硫化鎳納米線，繼而通過進一步的水熱反應負載 Cu(OH)₂納米片，從而獲得具有高比電容、高循環穩定性的Cu(OH)₂@Ni₃S₂核殼納米線復合電容材料。該制備方法簡單，易于控制和規模化的優點。

背景技術：

近年來社會愈發重視能源使用過程中的環保問題，新能源在整體能源的比重不斷提高。其中電能的儲存需求越來越大，傳統的鉛蓄電池等具有生產過程中高能耗，高污染的問題。與其相比，超級電容器有著高功率密度、高循環穩定性及使用壽命長、安全等優點，正在不斷占領電力儲存領域的份額。對超級電容器而言，電極材料是決定超級電容器性能與成本的關鍵，電極材料的選擇、設計與制備是高性能超級電容器研發的重點。

超級電容器電極材料主要有：碳材料、金屬化合物和導電聚合物。其中金屬化合物的研究已經較為詳盡。由于具有多種氧化態，過渡金屬氧化物被視作贗電容電容器的重要電極材料，但其弱導電性導致了器件的能量密度較低，差循環穩定性較差，因此，探索兼具高導電性和高穩定性的贗電容電極材料是當前該領域一直追求的目標。在進一步地對過渡金屬硫化物進行研究的過程中發現：硫元素有著低于氧元素的電負性，并且隨著制備過程中的陰離子交換使得材料帶隙變窄，有助于性能地提升。此外，由于用硫代替氧可以得到更有彈性地結構，使得結構更加穩定，從而提高循環穩定性。而從結構上來說，納米線-納米片的復合異質結構可以在納米線維持穩定性和導電性的同時，增加電容量。本研究重點分析了硫化物納米線-納米片異質結構的形成方法。

因此，本發明在保持硫化物納米線的基礎上引入了均勻分布的納米片。以單質硫作為硫源，在泡沫鎳上覆蓋均勻的硫化鎳納米線，進而通過水熱的方式，用硫酸銅以及六亞甲基四胺為原料，水熱負載納米片。其中，納米線分布均勻且彎曲，編織成類似網狀結構。納米片直徑約為1μm，厚度極薄。這種由納米線-納米片構成的復合結構有著較高的質量比電容和良好的穩定性。

發明內容：

本發明的目的：提出一種泡沫鎳負載硫化物納米線復合納米片電容材料及其制備方法，并介紹其在超級電容器電極方面的應用。通過這種方法，我們設計并制備了由納米線相互交織構建的網狀結構。該材料同時具有高比表面積和高穩定性的優點，從而保證了材料較高的電容性能；然后引進了納米片，保證了材料的高電容性能。最后，該制備方法原料便宜，制備方法簡單，對環境友好，易于控制和規模化。

本發明的技術方案是：將適量硫粉溶于乙二胺和乙醇的混合液中，放入表面清洗處理過的泡沫鎳后，一起轉移到50mL的反應釜中，在恒定的溫度下進行硫化反應，結束后將其取出用去離子洗滌后，在60℃下烘干，得到泡沫鎳負載Ni₃S₂納米線的中間產物；然后，將該中間產物放入包含硫酸銅和六亞甲基四胺的混合溶液中，在恒定溫度下反應；最后，將樣品取出后反復清洗，在60℃烘干得到最終產物。

作為最佳方案，泡沫鎳基體為長方形，尺寸3cm×2cm，使用前用稀HCl進行清洗處理；制備中間產物所使用的硫粉用量為50～80mg，乙二胺和乙醇的混合液的體積為30～40mL。