一种棒状核壳结构的钴酸镍/硫化钴镍纳米复合材料、制备方法及其应用技术

技术编号:15725954 阅读:160 留言:0更新日期:2017-06-29 17:15
本发明专利技术提供了一种棒状核壳结构的钴酸镍/硫化钴镍纳米复合材料、制备方法及其应用。与现有技术相比,本发明专利技术利用气相水热法,制备的核壳结构纳米复合材料中,核是NiCo

【技术实现步骤摘要】
一种棒状核壳结构的钴酸镍/硫化钴镍纳米复合材料、制备方法及其应用
本专利技术属于材料制备领域,具体涉及一种棒状核壳结构的钴酸镍/硫化钴镍纳米复合材料、制备方法及其应用。
技术介绍
超级电容器,又叫做电化学电容器,是一种介于二次电池和传统静电电容器之间的新型储能器件。与其他的化学电源相比,超级电容器具有能量密度大、使用寿命长、充电速度快、工作温度范围广等优点。电极材料是影响电化学电容器性能的核心因素之一,是当前电化学电容器研究的热点。从电极材料的角度来看,电化学电容器采用电极材料主要有:碳基材料、金属氧化物基材料和导电聚合物基材料。从比电容的角度来看,以过渡金属氧化物和硫化物为主的赝电容电极材料的理论电容量要大于以碳材料为主的双电层电容电极材料,因此成为当前超级电容器电极材料研究的重点。NiCo2O4作为一种二元金属氧化物,跟一元金属氧化物相比拥有更丰富的氧化还原特性,因而在超级电容器电极材料方面获得了广泛的关注。NiCo2S4跟NiCo2O4一样具有丰富的氧化还原特性,同时拥有更好的导电性能,因而作为超级电容器电极材料时具有更优秀的电化学性能。但是,目前公开的单一的电极材料例如NiCo2O4或NiCo2S4或复合材料比电容量、能量密度或循环充放电性能等性能不够理想。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种棒状核壳结构的钴酸镍/硫化钴镍纳米复合材料,NiCo2O4纳米棒的外表面生长了NiCo2S4纳米片,具有比较大的表面积。本专利技术还提供了一种棒状核壳结构的钴酸镍/硫化钴镍纳米复合材料的制备方法,采用气相水热法合成,在高压釜内的气相中进行反应,反应易于控制,利于制备纳米复合材料。本专利技术还提供了一种棒状核壳结构的钴酸镍/硫化钴镍纳米复合材料作为超级电容器的应用。本专利技术提供的一种棒状核壳结构的钴酸镍/硫化钴镍纳米复合材料的制备方法,包括以下步骤:1)将钴盐、镍盐和尿素溶于水中制备得到混合溶液,将泡沫镍浸入其中,然后置于高压反应釜内,加热反应,反应结束后冷却,获得前驱体材料;2)将步骤1)制备的前驱体材料煅烧,得到了负载了NiCo2O4纳米棒的泡沫镍片;3)在高压反应釜中加入含S2-离子的盐的溶液,将负载了NiCo2O4纳米棒的泡沫镍片悬在溶液上方,不与溶液接触,加热反应,反应结束,即得到棒状核壳结构的钴酸镍/硫化钴镍纳米复合材料。步骤1)中所述钴盐选自硫酸钴,硝酸钴,氯化钴或乙酸钴中的一种或多种,所述镍盐选自硫酸镍,硝酸镍,氯化镍或乙酸镍中的一种或多种。步骤1)中所述混合溶液中镍盐的浓度为0.01~0.1摩尔/升,钴盐浓度为0.02~0.2摩尔/升,尿素浓度为0.06~0.6摩尔/升。步骤1)中所述加热反应是在100~140℃下反应4~10小时。步骤2)中所述的煅烧具体为:在300~400℃下煅烧1~4小时。步骤3)中将负载了NiCo2O4纳米棒的泡沫镍片悬在溶液上方具体为:将负载了NiCo2O4纳米棒的泡沫镍片放在特氟隆支架上,置于在高压釜内,悬在溶液上方,不跟溶液接触。优选的,步骤3)中负载了NiCo2O4纳米棒的泡沫镍片悬在溶液上方1厘米处。步骤3)中所述加热反应是指将高压釜加热至100-120℃,反应2~10小时。步骤3)中所述含S2-离子的盐选自硫化钠或硫化钾中的一种或两种。步骤3)中S2-离子的浓度为0.021~0.2摩尔/升。优选的,步骤3)中,在高压反应釜中加入含S2-离子的盐的溶液,将载有NiCo2O4纳米棒的泡沫镍置于特氟隆的支架上,悬在溶液上方,不跟溶液接触,然后加热进行反应,即得到棒状核壳结构的钴酸镍/硫化钴镍纳米复合材料。进一步的,所述制备方法不使用泡沫镍,具体包括以下步骤:1)将钴盐、镍盐和尿素溶于水中制备得到混合溶液,然后置于高压反应釜内,加热反应,反应结束后冷却,收集沉淀,获得前驱体材料;2)将步骤1)制备的前驱体材料煅烧,得到的NiCo2O4纳米棒;3)在高压反应釜中加入含S2-离子的盐的溶液,将NiCo2O4纳米棒悬在溶液上方,不跟溶液接触,加热反应,即得到棒状核壳结构的钴酸镍/硫化钴镍纳米复合材料。不使用泡沫镍的制备过程参数控制与使用泡沫镍的参数控制相同。本专利技术提供的一种棒状核壳结构的钴酸镍/硫化钴镍纳米复合材料,采用上述方法制备得到,其具有核壳结构,形貌为NiCo2S4纳米片包覆着NiCo2O4纳米棒。本专利技术提供的一种棒状核壳结构的钴酸镍/硫化钴镍纳米复合材料作为超级电容器的应用。对棒状核壳结构的NiCo2O4/NiCo2S4纳米复合材料作为超级电容器工作电极的电化学性能测试通过三电极体系进行,制备的棒状核壳结构的NiCo2O4/NiCo2S4纳米复合材料作为工作电极,铂片电极作为对电极,Hg/HgO电极作为参比电极,3摩尔/升的KOH水溶液作为电解液。工作电极的电化学行为通过循环伏安法测试,工作电极的比电容量通过恒流充放电测试。本专利技术首先通过水热法结合煅烧法制备了NiCo2O4纳米棒,然后通过气相水热法在NiCo2O4纳米棒的外表面生长了NiCo2S4纳米片,从而获得了棒状的核壳结构的NiCo2O4/NiCo2S4纳米复合材料。在常规的水热法中,反应发生在溶液中,而本专利技术所采用的气相水热法利用水热环境下的高压气相作为反应介质,化学反应在气相中进行,一方面反应易于控制,另一方面由于介质的不同,产物的生长方式也有所不同,因而通过气相水热法获得的产物和水热法往往不一样。与现有技术相比,本专利技术利用气相水热法,利用水热的气相环境作为反应的介质,精细调控控制反应的进行过程,在NiCo2O4纳米棒的表面,NiCo2O4跟H2S反应生成NiCo2S4。在这种特殊的环境下,生长NiCo2S4呈现片状,负载在NiCo2O4纳米棒上,得到核壳结构的纳米复合材料,其中核是NiCo2O4纳米棒,壳是NiCo2S4纳米片。NiCo2S4纳米片作为壳生长在外边,其具有比较大的表面积,且具有优良的导电性能和丰富的氧化还原特性,因而能提供优秀的电化学性能。NiCo2O4纳米棒作为核,除了能参与电化学储能外,还能有效地为NiCo2S4纳米片提供支撑,防止纳米片相互之间叠合在一起而影响其电化学性能的充分发挥。而且,本专利技术操作简单,不需要特别的设备,因而易于推广。附图说明图1为实施例1所制备的NiCo2O4纳米棒和棒状核壳结构的NiCo2O4/NiCo2S4纳米复合材料的XRD图;a为NiCo2O4纳米棒的XRD图;b为棒状核壳结构的NiCo2O4/NiCo2S4纳米复合材料的XRD图;图2为实施例1所制备的NiCo2O4纳米棒的SEM图;图3为实施例1所制备的棒状核壳结构的NiCo2O4/NiCo2S4纳米复合材料的SEM图;图4为实施例1所制备的棒状核壳结构的NiCo2O4/NiCo2S4纳米复合材料电极在不同扫描速率下获得的循环伏安图;图5为实施例1所制备的棒状核壳结构的NiCo2O4/NiCo2S4纳米复合材料电极在不同电流密度下获得的充放电曲线;图6为实施例2所制备的棒状核壳结构的NiCo2O4/NiCo2S4纳米复合材料的SEM图;图7为实施例2所制备的棒状核壳结构的NiCo2O4/NiCo2S4纳米复合材料电极在不同扫描速率下获得的循环伏安图;图8为实施例2所制备的棒状核壳结构的NiCo本文档来自技高网...
一种棒状核壳结构的钴酸镍/硫化钴镍纳米复合材料、制备方法及其应用

【技术保护点】
一种棒状核壳结构的钴酸镍/硫化钴镍纳米复合材料的制备方法,其特征在于,所述制备方法包括以下步骤:1)将钴盐、镍盐和尿素溶于水中制备得到混合溶液,将泡沫镍浸入其中,然后置于高压反应釜内,加热反应,反应结束后冷却,获得前驱体材料;2)将步骤1)制备的前驱体材料煅烧,得到了负载了NiCo

【技术特征摘要】
1.一种棒状核壳结构的钴酸镍/硫化钴镍纳米复合材料的制备方法,其特征在于,所述制备方法包括以下步骤:1)将钴盐、镍盐和尿素溶于水中制备得到混合溶液,将泡沫镍浸入其中,然后置于高压反应釜内,加热反应,反应结束后冷却,获得前驱体材料;2)将步骤1)制备的前驱体材料煅烧,得到了负载了NiCo2O4纳米棒的泡沫镍片;3)在高压反应釜中加入含S2-离子的盐的溶液,将负载了NiCo2O4纳米棒的泡沫镍片悬在溶液上方,不与溶液接触,加热反应,反应结束,即得到棒状核壳结构的钴酸镍/硫化钴镍纳米复合材料。2.根据权利要求1所述的棒状核壳结构的钴酸镍/硫化钴镍纳米复合材料的制备方法,其特征在于,步骤1)中所述混合溶液中镍盐的浓度为0.01~0.1摩尔/升,钴盐浓度为0.02~0.2摩尔/升,尿素浓度为0.06~0.6摩尔/升。3.根据权利要求1或2所述的棒状核壳结构的钴酸镍/硫化钴镍纳米复合材料的制备方法,其特征在于,步骤1)中所述加热反应是在100~140℃下反应4~10小时。4.根据权利要求1或2所述的棒状核壳结构的钴酸镍/硫化钴镍纳米复合材料的制备方法,其特征在于,步骤2)中所述的煅烧具体为:在300~400℃下煅烧1~4小时。5.根据权利要求1或2所述的棒状核壳结构的钴酸镍/硫化钴镍纳米复合材料的制备方法,其特征在于,步骤3)中将负载了NiCo2O4纳米棒的泡沫镍片悬在溶液上方具体为:将负载了NiCo2O...

【专利技术属性】
技术研发人员:王正华荣恒
申请(专利权)人:安徽师范大学
类型:发明
国别省市:安徽,34

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