本发明专利技术公开了一种用于超级电容器的CoNiSe2纳米阵列材料及其制备方法。制备步骤包括：对泡沫镍进行预处理，作为电极的集流体；先在泡沫镍基底上生长前躯体纳米球；然后将前躯体硒化，即可得到CoNiSe2纳米阵列。本发明专利技术制备方法操作简单，不需要复杂设备，成本低廉；制备的CoNiSe2呈纳米阵列结构，纳米阵列由CoNiSe2纳米棒和纳米管组成，纳米棒和纳米管的直径为50~100nm，纳米棒和纳米管的表面均为多孔状结构。本发明专利技术制得的CoNiSe2纳米阵列材料在1 A g‑1的电流密度下表现出1338F g‑1的高比容量，同时具有良好的倍率性能以及优越的电化学稳定性，是一种优异的超级电容器电极材料。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及超级电容器电极材料的领域，特别涉及一种用于超级电容器的过渡金属二元硒化物电极材料及其制备方法。
技术介绍
随着全球经济的快速发展，化石能源不断消耗，环境污染日益加剧，未来经济与社会可持续发展的一系列世界性难题越来越受到世界各国的高度关注。在此背景下，人们正在积极寻找和开发各种新型的清洁能源，如太阳能、风能、潮汐能、核能、生物能等等。在能源领域，开发一种高效、低成本、长寿命、环境友好的能源转换和存储系统已经显得越来越重要。其中，超级电容器是一种新型的储能器件，性能介于传统电容器和二次电池之间，具有下述优点：功率密度高，相当于电池的5-10倍；充放电速度快，可在几秒至几分钟内完成，且充放电效率高；温度范围宽，可在-40~70℃的环境下工作；循环寿命长；免维护，绿色环保。因此，超级电容器日益受到广泛关注，在消费电子、电力能源、机械工业、新能源汽车、生物传感、航天航空与军事等领域均有巨大的应用空间和潜力。超级电容器主要由正负两个电极、集流体、隔膜和电解质四个部分组成，其中影响超级电容器电化学性能的最核心因素就是电极材料。如何获取性能更优的电极材料，是科研人员竭力攻克的难题。为解决这一问题，超级电容器研究和发展的主要方向应该是寻找拥有高容量和宽电势窗口的新型电极材料。设计超级电容器电极材料，应包括如下性质：（1）比表面积要大，以获得更多的活性点；（2）要有合适的孔径分布，间隙网络，以及孔的长度，以促进离子高速扩散；（3）电极中内部电导要高，以提供有效的电荷传递；（4）电化学性能及机械稳定性要好，以获得很好的循环性能。按照能量存储的方式，超级电容器可分为两种。其一，双电层电容器，电极材料主要是碳材料，在电解质中，电荷相互分离，在碳电极/电解质界面上产生一个双电层，该类型电容器存储电荷依靠电极和电解质界面的双电层来实现，仅仅是表面电荷的静电积累，所以双电层电容器比电容较低。其二，法拉第准电容器，也称为赝电容器，通常以过渡金属化合物和导电聚合物作为电极材料，利用快速电活性物质的电化学氧化还原反应或在电极表面的快速吸脱附来存储电荷，完成充放电过程，赝电容器的比电容较高。目前，超级电容器的能量密度依然偏低，这是制约其广泛应用的关键和瓶颈环节。提高超级电容器能量密度的关键是提高电极材料的比电容，与双电层电容器相比，赝电容器电极材料具有显著更高的比电容，因而是人们研发的焦点。目前，人们对于赝电容器电极材料的研发主要包括：导电聚合物、过渡金属氧化物和氢氧化物、过渡金属硫化物等。但这些材料均各有缺点，如导电聚合物循环稳定性差，氧化物和氢氧化物电导率低，硫化物也有电导率较低的缺点，更为重要的是，上述材料的比电容依然达不到高能量密度的需求。因而，寻找一种高比电容、高电导率、高循环稳定性的超级电容器电极材料成为人们研究与产业化的目标。过渡金属硒化物具有高的电导率，甚至具有金属性质，这一特性非常有利于其应用于超级电容器电极材料。过渡金属硒化物已在催化、光解水、燃料敏化太阳能电池等领域获得应用，但在超级电容器的研究和应用则非常少。过渡金属硒化物材料的开发及其在超级电容器中的应用是一个国际前沿的研发领域，也是高能量密度超级电容器产业化的重要的和非常有潜力的发展方向。
技术实现思路
本专利技术旨在设计出CoNiSe2纳米阵列材料，并采用水热方法合成出该二元硒化物，通过工艺过程控制，使其具有显著的多孔结构，以达到制得的复合电极材料具有比电容高、倍率性能、电化学性能良好的专利技术目的。本专利技术提供了一种用于超级电容器的CoNiSe2纳米阵列材料及其制备方法。本专利技术制备得到的电容器电极材料具有高的比电容、良好的倍率性能、高的电导率；制备操作简单，不需要复杂设备，可工业化生产。具体的，一种用于超级电容器的CoNiSe2纳米阵列材料，以泡沫镍为基底，呈竖直排列的纳米阵列结构，该纳米阵列由CoNiSe2纳米棒和纳米管组成，纳米棒和纳米管的直径为50~150nm，纳米棒和纳米管的表面为多孔状结构。进一步的，本专利技术制得的用于超级电容器的CoNiSe2纳米阵列材料在三电极体系测试中，在1 A g-1的电流密度下表现出1338F g-1的高比容量，而且材料内阻低至0.6Ω，表现出很高的电导率。本专利技术还提供了制备上述CoNiSe2纳米阵列超级电容器材料的制备方法，包括：（1）将泡沫镍放入盐酸溶液中，超声处理，除去表面的NiO层，洗涤至中性，得到处理后的泡沫镍，为CoNiSe2纳米阵列材料的生长基底；（2）将六水合硝酸镍、六水合硝酸钴和异丙醇混合，搅拌，然后加入一定量的甘油，得到前驱体溶液；（3）将步骤（2）中得到的前驱体溶液倒入反应釜中，将步骤（1）中处理后的泡沫镍放入反应釜中，进行水热反应，冷却至室温，收集附着有生成物的泡沫镍，洗涤，干燥，在泡沫镍上附着的生成物为CoNiSe2前驱体纳米球；（4）将硒粉、硼氢化钠和水混合，室温下搅拌，配置成澄清水溶液；（5）将步骤（4）中得到的水溶液转移到反应釜中，将步骤（3）中得到的附有生成物的泡沫镍放入反应釜中，进行水热反应，冷却至室温，收集附着有最终产物的泡沫镍，洗涤，干燥，得到以泡沫镍为基底的CoNiSe2纳米阵列超级电容器材料；所述步骤（2）中六水合硝酸镍、六水合硝酸钴的摩尔比为1:2~1:1，异丙醇和甘油分别按照每0.125m mol六水合硝酸镍40mL和8mL的量加入。所述步骤（3）中反应温度为160 ~ 200℃ ，时间为6h。所述步骤（4）中硒粉、硼氢化钠、水的配比比例为1m mol : 2m mol : 40mL。所述步骤（5）中反应温度为120 ~ 180℃ ，时间为6h。上述各参数均为本专利技术的制备方法的关键工艺参数，为专利技术人经多次实验所确认，需严格和精确控制，在专利技术人的实验中若超出上述工艺参数的范围，则无法制得CoNiSe2纳米阵列材料。本专利技术的有益成果在于：（1）本专利技术的方法制备得到的用于超级电容器的CoNiSe2纳米阵列材料，为Co、Ni的二元硒化物，与已报道的相应的二元氧化物（CoNiO2）、二元硫化物（CoNiS2）等电极材料相比，具有更高的电导率，这一特性非常有利于电极材料对电荷的传递和运输。（2）本专利技术的方法制备得到的用于超级电容器的CoNiSe2纳米阵列材料，主要由CoNiSe2纳米棒组成，也包括少量的CoNiSe2纳米管，纳米棒和纳米管表面为多孔状结构，纳米阵列间的间隙有利于电解质向电极内部渗透，纳米棒和纳米管表面的多孔结构有利于增加电极比表面积，增加电解质与电极材料的接触，获得更多的活性点，这种形貌及其孔径和尺寸分布十分有利于促进离子的高速扩散，并获得高的电化学性能。（3）本专利技术的方法制备得到的用于超级电容器的CoNiSe2纳米阵列材料，不仅具有高的比电容，同时具有高的电导率和良好的倍率性能，电化学稳定性良好，是一种优异的超级电容器电极材料，可应用于高能量密度的超级电容器产品。（4）本专利技术采用水热合成的方法，不需要复杂设备，操作简单，非常适合于工业化的批量生产。附图说明图1为实施例1制备的前驱体纳米球的扫描电镜（SEM）图。图2为实施例1制备的CoNiSe2纳米阵列材料的扫描电镜（SEM）图。图3为实施例1制备的CoNiSe2纳米阵列材料的x射线衍射（XRD）图。图4为实施本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于超级电容器的CoNiSe2纳米阵列材料，其特征在于：所述CoNiSe2纳米阵列材料以泡沫镍为基底，呈竖直排列的纳米阵列结构，所述纳米阵列由CoNiSe2纳米棒和纳米管组成，纳米棒和纳米管的直径为50~150nm，纳米棒和纳米管的表面均为多孔状结构。
【技术特征摘要】
1.一种用于超级电容器的CoNiSe2纳米阵列材料，其特征在于：所述CoNiSe2纳米阵列材料以泡沫镍为基底，呈竖直排列的纳米阵列结构，所述纳米阵列由CoNiSe2纳米棒和纳米管组成，纳米棒和纳米管的直径为50~150nm，纳米棒和纳米管的表面均为多孔状结构。2.根据权利要求1所述的一种用于超级电容器的CoNiSe2纳米阵列材料，其特征在于：所述CoNiSe2纳米阵列材料，在1 A g-1的电流密度下达到1338F g-1的比容量，材料内阻低至0.6Ω。3.制备权利要求1至2中任一项所述的用于超级电容器的CoNiSe2纳米阵列材料的方法，其特征在于，步骤包括：1）将泡沫镍放入盐酸溶液中，超声处理，除去表面的NiO层，洗涤至中性，得到处理后的泡沫镍，为CoNiSe2纳米阵列材料的生长基底；2）将六水合硝酸镍、六水合硝酸钴和异丙醇混合，搅拌，然后加入一定量的甘油，得到前驱体溶液；3）将步骤2）中得到的前驱体溶液倒入反应釜中，将步骤1）中处理后的泡沫镍放入反应釜中，进行水热反应，然后冷却至室温，收集附着有生成物的泡沫镍，洗涤，干燥，在泡沫镍上附着的生成物为CoNiSe2前驱体纳米球；4）将...
【专利技术属性】
技术研发人员：吕建国，杨杰，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33
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