本发明专利技术属于纳米材料和电化学领域，具体涉及一种海绵状石墨烯/镍钴硫化物复合材料的制备方法。以去离子水和正辛烷为溶剂，以硫磺、硝酸镍和硝酸钴为硫源、镍源和钴源，十二烷基苯磺酸钠为表面活性剂，在不锈钢高压反应釜中并提供磁力搅拌，一定温度下反应一段时间得到海绵状石墨烯/镍钴硫化物复合材料，并将其涂覆在泡沫镍表面，经真空干燥后压制成电极材料。本发明专利技术通过调控复合材料的形貌，使得所制得的石墨烯/镍钴硫化物复合材料作为复合电极材料具有更大的比表面积，从而使其与电解液充分接触，大大提高了电化学性能。
【技术实现步骤摘要】
一种海绵状石墨烯/镍钴硫化物复合材料的制备方法和应用
本专利技术属于纳米材料和电化学领域，具体涉及一种海绵状石墨烯/镍钴硫化物复合材料的制备方法和应用。
技术介绍
在21世纪，“能源”已经成为国家间竞争的焦点。面对即将到来的能源危机，在试图找到新能源的同时，科学家们正积极研发节能、高效的储能器件。在新型储能器件中，超级电容器因其功率密度大、充放电速度快和循环寿命长等优点，正受到越来越多的关注。在超级电容器的众多组成部分中，电极材料的特性和组合对超级电容器的性能具有很大影响。石墨烯是碳的二维同素异形体，集众多优良特性于一身，如高的理论比表面积，高载流子迁移率、良好的透光性、高热导率、高机械强度及高的电化学稳定性等。其中，最奇特之处在于石墨烯独特的电子结构所表现出的电学性能，如室温下的电子弹道运输、反常量子霍尔效应和量子遂穿效应等。但是将单纯的石墨烯作为超级电容器电极材料时，其性能无法满足人们的要求，一方面，化学法制备的石墨烯由于片层间的π-π作用力易团聚导致其比表面积降低；另一方面，受限于双电层电容机理，其表现出的比电容无法与法拉第准电容相比较。因此，通过制备海绵状石墨烯来降低石墨烯的团聚，同时引入法拉第准电容提升材料的超电容特性显得尤为重要。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术不足，提供一种海绵状石墨烯/镍钴硫化物复合材料的制备方法和应用。本专利技术通过调控复合材料的形貌，使得所制得的石墨烯/镍钴硫化物复合材料作为复合电极材料具有更大的比表面积，从而使其与电解液充分接触，大大提高了电化学性能。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种海绵状石墨烯/镍钴硫化物复合材料的制备方法，包括以下步骤：（1）称量氧化石墨烯和十二烷基苯磺酸钠分别溶解在去离子水中，将两者混合并超声；（2）称量硫磺超声分散于正辛烷中，得到正辛烷混合液，将得到的正辛烷混合液滴加到步骤（1）得到的溶液中，并磁力搅拌；（3）称量硝酸镍和硝酸钴溶解在去离子水中，并逐滴加入到步骤（2）得到的混合溶液中，并磁力搅拌；（4）将步骤（3）得到的混合物转移到特氟龙内衬的不锈钢高压反应釜中，再将其放置于油浴锅中进行反应，并伴随着磁力搅拌；（5）将步骤（4）反应所得产物自然冷却至室温后，再经离心、洗涤、真空干燥，最后高温煅烧后得到海绵状石墨烯/镍钴硫化物复合材料。按质量比计，氧化石墨烯：硫磺：十二烷基苯磺酸钠=1:3:(5~10)。步骤（1）中，所述超声的工艺参数为：超声功率为200W，超声温度为25℃，超声时间为1~2h。步骤（2）中所述的正辛烷与步骤（1）中所述的去离子水的体积比为1:(1~5)。步骤（3）中，按摩尔比计，硝酸镍：硝酸钴=1:(0.1~2）。步骤（4）中，在油浴锅中进行反应的工艺参数为：油浴温度为160℃~240℃，保温时间为12~24h。步骤（5）中，煅烧的工艺参数为：煅烧气氛为氩气，煅烧温度为500℃，煅烧时间为1~3h。将上述制得的海绵状石墨烯/镍钴硫化物复合材料与导电剂乙炔黑和粘结剂PVDF混合均匀，然后滴加适量的N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶剂，配制成均匀的粘稠浆料，将其均匀地涂覆在处理好的泡沫镍集流体上，真空干燥并压制成片，即可得到用于测试的工作电极；按质量比计，海绵状石墨烯/镍钴硫化物复合材料：导电乙炔黑：粘结剂PVDF=80:15:5。泡沫镍的预处理过程为：将厚度为0.5mm的泡沫镍剪成1cm×1cm的L形状长条，随后依次用稀盐酸、丙酮、乙醇洗涤，去除表面的氧化物和其他污染物，最后用大量的去离子水超声洗涤，最后在60℃真空条件下干燥24小时。在本专利技术中，以正辛烷为软膜板，通过不停的搅拌可降低正辛烷液滴聚集融合，从而使氧化石墨烯均匀包裹在正辛烷周围，当正辛烷蒸发可得到石墨烯三维堆叠的孔道，同时高温高压的环境下有利于在石墨烯二维基面上留下缺陷。此外，在表面活性剂的协同下，石墨烯基面上生长出颗粒状的镍钴硫化物。所得电极具备较高的比电容，可用于超级电容器电极材料。本专利技术的有益效果在于：（1）本专利技术所制备的石墨烯/镍钴硫化物复合材料使用了溶剂热法，以正辛烷为软膜板，当正辛烷蒸发后留下三维堆积的孔道，且孔径分布较宽，比表面积高，有利于与电解液充分接触；（2）本专利技术制备过程中成功的在石墨烯基面上生长镍钴硫化物，从而引入法拉第准电容提升了复合材料的超电容特性；（3）本专利技术制备过程中使用的化学试剂污染小，除杂过程简单，产物纯净。附图说明图1为本专利技术所制备的海绵状石墨烯/镍钴硫化物复合材料的XRD图谱；图2为本专利技术所制备的海绵状石墨烯/镍钴硫化物复合材料的扫描电镜图片；图3为本专利技术所制备海绵状石墨烯/镍钴硫化物复合材料的循环伏安特性曲线图；图4为本专利技术所制备的海绵状石墨烯/镍钴硫化物复合材料的充放电曲线图；图5为本专利技术所制备的海绵状石墨烯/镍钴硫化物复合材料的比电容与电流密度关系曲线图。具体实施方式以下结合具体实施例对本专利技术做进一步说明，但本专利技术不仅仅限于这些实施例。实施例1一种海绵状石墨烯/镍钴硫化物复合材料的制备方法，具体过程如下：（1）称量0.1g氧化石墨烯和1g十二烷基苯磺酸钠分别溶解在20mL的去离子水中，将两者混合并超声，超声功率为200W，超声温度为25℃，超声时间为2h；（2）称量0.3g硫磺超声分散于20mL正辛烷中，将得到的正辛烷混合液滴加到步骤（1）得到的溶液中，并磁力搅拌60分钟；（3）称量0.2g硝酸镍和0.1g硝酸钴溶解在去离子水中，并逐滴加入到步骤（2）的混合溶液中，并磁力搅拌30分钟；（4）将步骤（3）得到的混合物转移到100mL特氟龙内衬的不锈钢高压反应釜中，再将其放置于油浴锅中，180℃下油浴24h，并伴随着磁力搅拌；（5）取出高压反应釜并自然冷却至室温后，将得到的产物离心、洗涤、真空干燥，然后在氩气的保护气氛下500℃煅烧2h，得到海绵状石墨烯/镍钴硫化物复合材料；（6）将3.2mg的海绵状石墨烯/镍钴硫化物与0.6mg的导电剂乙炔黑和0.2mg的粘结剂PVDF按80:15:5的比例混合均匀，然后滴加一滴的N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶剂，配制成均匀的粘稠浆料，将其均匀地涂覆在预预处理好的泡沫镍集流体上，真空干燥并压制成片，即可得到用于测试的工作电极；所述的泡沫镍的预处理过程为：将厚度为0.5mm的泡沫镍剪成1cm×1cm的L形状长条，随后依次用稀盐酸、丙酮、乙醇洗涤，去除表面的氧化物和其他污染物，最后用大量的去离子水超声洗涤，最后在60℃真空条件下干燥24小时。实施例2一种海绵状石墨烯/镍钴硫化物复合材料的制备方法，具体过程如下：（1）称量0.1g氧化石墨烯和1g十二烷基苯磺酸钠分别溶解在20mL的去离子水中，将两者混合并超声，超声功率为200W，超声温度为25℃，超声时间为2h；（2）称量0.3g硫磺超声分散于20mL正辛烷中，将得到的正辛烷混合液滴加到步骤（1）得到的溶液中，并磁力搅拌60分钟；（3）称量0.15g硝酸镍和0.15g硝酸钴溶解在去离子水中，并逐滴加入到步骤（1）的混合溶液中，并磁力搅拌30分钟；（4）将步骤（3）得到的混合物转移到100mL特氟龙内衬的不锈钢高压反应釜中，再将其放置于油浴锅中，180℃下油浴24h，并伴随着磁力搅拌；（5）取出高压反应釜并自然冷却至室温后，将本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种海绵状石墨烯/镍钴硫化物复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：（1）称量氧化石墨烯和十二烷基苯磺酸钠分别溶解在去离子水中，将两者混合并超声；（2）称量硫磺超声分散于正辛烷中，得到正辛烷混合液，将得到的正辛烷混合液滴加到步骤（1）得到的溶液中，并磁力搅拌；（3）称量硝酸镍和硝酸钴溶解在去离子水中，并逐滴加入到步骤（2）得到的混合溶液中，并磁力搅拌；（4）将步骤（3）得到的混合溶液转移到特氟龙内衬的不锈钢高压反应釜中，再将其放置于油浴锅中进行反应，并伴随着磁力搅拌；（5）将步骤（4）反应所得产物自然冷却至室温后，再经离心、洗涤、真空干燥，最后煅烧后得到海绵状石墨烯/镍钴硫化物复合材料。
【技术特征摘要】
1.一种海绵状石墨烯/镍钴硫化物复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：（1）称量氧化石墨烯和十二烷基苯磺酸钠分别溶解在去离子水中，将两者混合并超声；（2）称量硫磺超声分散于正辛烷中，得到正辛烷混合液，将得到的正辛烷混合液滴加到步骤（1）得到的溶液中，并磁力搅拌；（3）称量硝酸镍和硝酸钴溶解在去离子水中，并逐滴加入到步骤（2）得到的混合溶液中，并磁力搅拌；（4）将步骤（3）得到的混合溶液转移到特氟龙内衬的不锈钢高压反应釜中，再将其放置于油浴锅中进行反应，并伴随着磁力搅拌；（5）将步骤（4）反应所得产物自然冷却至室温后，再经离心、洗涤、真空干燥，最后煅烧后得到海绵状石墨烯/镍钴硫化物复合材料。2.根据权利要求1所述的海绵状石墨烯/镍钴硫化物复合材料的制备方法，其特征在于：按质量比计，氧化石墨烯：硫磺：十二烷基苯磺酸钠=1:3:(5~10)。3.根据权利要求1所述的海绵状石墨烯/镍钴硫化物复合材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，所述超声的工艺参数为：超声功率为200W，超声温度为25℃，超声时间为1~2h。4.根据权利要求1所述的海绵状石墨烯/镍钴硫化物复合材料的制备方法，其特征在于：步骤（2）中所述的正辛烷与步骤（1）中所述的去离子水的体积比为1:(1~5)。5.根据权利要求1所述的海绵状石墨烯/镍钴硫化...
【专利技术属性】
技术研发人员：郑玉婴，赵文誉，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建,35
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