钴酸镍@四硫化二钴合镍核壳纳米线阵列复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种钴酸镍@四硫化二钴合镍核壳纳米线阵列复合材料及其制备方法和应用，该制备方法包括：1)将泡沫镍进行酸化处理；2)将酸化处理后的泡沫镍置于封闭的反应液中进行水热反应，接着清洗、干燥以制得Ni‑Co复合物前躯体，然后将Ni‑Co复合物前躯体洗涤、干燥、煅烧得到NiCo2O4纳米线阵列材料；3)将NiCo2O4纳米线阵列材料、硫化物与水进行硫化反应，接着将反应产物进行洗涤、干燥制得NiCo2O4@NiCo2S4核壳纳米线阵列复合材料；其中，反应液含有镍盐、钴盐、铵盐、尿素和水。通过该方法制得的NiCo2O4@NiCo2S4核壳纳米线阵列具有优异的电容量、比电容和稳定性。

Cobalt nickel sulfide @ Four sulfide two cobalt nickel core shell nanowire array composite material and its preparation method and Application

The invention discloses a cobalt nickel cobalt nickel sulfide two @ Four core-shell nanowire array composite material and preparation method and application thereof, the preparation method comprises: 1) the nickel foam acidizing treatment; 2) the reaction solution after acid treatment of nickel foam is arranged in a closed in the hydrothermal reaction then, cleaning and drying to prepare Ni Co compound precursor, then the Ni Co compound precursor washing, drying and calcining to obtain NiCo2O4 nanowire arrays materials; 3) NiCo2O4 nanowire array material, sulfur and water curing reaction, then the reaction product of washing and drying the composite material of NiCo2O4@NiCo2S4 core-shell nanowire arrays; the reaction liquid containing nickel salt, cobalt salt, ammonium, urea and water. The NiCo2O4@NiCo2S4 core shell nanowire array fabricated by this method has excellent capacitance, specific capacitance and stability.

【技术实现步骤摘要】
钴酸镍@四硫化二钴合镍核壳纳米线阵列复合材料及其制备方法和应用
本专利技术涉及核壳复合材料，具体地，涉及钴酸镍@四硫化二钴合镍核壳纳米线阵列复合材料及其制备方法和应用。
技术介绍
由于能源的消耗和环境的污染，开发新能源已经成为近年来世界面临的重大问题。为了满足不断增长的能源需求，必须研发功率大、稳定性优异的绿色能源存储设备，而超级电容器就是最理想的绿色能源存储材料之一。超级电容器具有安全的操作电压和优异的电化学性能，从而被广泛的应用于绿色储能设备的研究中。然而，传统的超级电容器往往有着较低的能量密度、糟糕的循环稳定性以及低倍率性等缺点，故对于超级电容器的技术的普及造成了的阻力与障碍。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种钴酸镍@四硫化二钴合镍核壳纳米线阵列复合材料及其制备方法和应用，通过该方法制得的NiCo2O4@NiCo2S4核壳纳米线阵列具有优异的电容量、比电容和稳定性，同时该NiCo2O4@NiCo2S4核壳纳米线阵列能够作为超级电容器或锂离子电池的电极材料使用；另外，该制备方法工序简单新颖，原料易得、成本低廉。为了实现上述目的，本专利技术提供了本专利技术提供了一种钴酸镍@四硫化二钴合镍核壳纳米线阵列复合材料的制备方法，包括：1)将泡沫镍进行酸化处理；2)将酸化处理后的泡沫镍置于封闭的反应液中进行水热反应，接着清洗、干燥以制得Ni-Co复合物前躯体，然后将Ni-Co复合物前躯体洗涤、干燥、煅烧得到NiCo2O4纳米线阵列材料；3)将NiCo2O4纳米线阵列材料、硫化物与水进行硫化反应，接着将反应产物进行洗涤、干燥制得NiCo2O4@NiCo2S4核壳纳米线阵列复合材料；其中，反应液含有镍盐、钴盐、铵盐、尿素和水。本专利技术还提供了一种钴酸镍@四硫化二钴合镍核壳纳米线阵列复合材料的制备方法，该钴酸镍@四硫化二钴合镍核壳纳米线阵列复合材料通过上述的制备方法制备而得。本专利技术进一步提供了一种上述的钴酸镍@四硫化二钴合镍核壳纳米线阵列复合材料超级电容器中的应用。在上述技术方案中，本专利技术首先通过酸处理去除泡沫镍表面的氧化物，接着将较为纯净的泡沫镍在封闭的环境中与镍盐、钴盐、铵盐、尿素进行水热反应进而生成Ni-Co复合物前躯体，然后将样品煅烧得到NiCo2O4纳米线阵列，最后利用硫化物的硫化作用以制得NiCo2O4@NiCo2S4核壳纳米线阵列。通过上述各步骤的协同作用使得制得的NiCo2O4@NiCo2S4核壳纳米线阵列具有优异的电容量、比电容和稳定性，其中，在2A·g-1电流密度下，NiCo2O4@NiCo2S4核壳纳米线阵列的比电容可达到3176F·g-1；经过15000次循环后，NiCo2O4@NiCo2S4核壳纳米线阵列的电容仍能保持比较稳定；同时，该NiCo2O4@NiCo2S4核壳纳米线阵列能够作为超级电容器或锂离子电池的电极材料使用；另外，该制备方法工序简单，原料易得、成本低廉。本专利技术的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。附图说明附图是用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本专利技术，但并不构成对本专利技术的限制。在附图中：图1为检测例1中A1的扫描电子显微镜(SEM)图；图2为检测例1中A1的透射电镜(TEM)图；图3为检测例1中A1的X-射线衍射谱(XRD)图；图4是应用例1中A1在循环前和15000圈循环后的交流阻抗曲线图；图5是应用例1中A1的循环伏安曲线图；图6为应用例1中A1在不同电流密度下的恒流充放电曲线图；图7是应用例1中A1在电流密度为6A·g-1时的循环-比电容曲线图。具体实施方式以下对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限制本专利技术。在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。本专利技术提供了一种钴酸镍@四硫化二钴合镍核壳纳米线阵列复合材料的制备方法，包括：1)将泡沫镍进行酸化处理；2)将酸化处理后的泡沫镍置于封闭的反应液中进行水热反应，接着清洗、干燥以制得Ni-Co复合物前躯体，然后将Ni-Co复合物前躯体洗涤、干燥、煅烧得到NiCo2O4纳米线阵列材料；3)将NiCo2O4纳米线阵列材料、硫化物与水进行硫化反应，接着将反应产物进行洗涤、干燥制得NiCo2O4@NiCo2S4核壳纳米线阵列复合材料；其中，反应液含有镍盐、钴盐、铵盐、尿素和水。在上述制备方法的步骤1)中，酸处理可以采用多种方式进行，但是为了使泡沫镍表面的氧化物去除的更加彻底，优选地，在步骤1)中，酸处理为：将泡沫镍置于酸液中进行超声处理，然后用水清洗。其中，超声处理的具体方式可以在宽的范围内选择，但是为了使泡沫镍表面的氧化物去除的更加彻底，优选地，超声处理至少满足以下条件：处理时间为15-25min，处理温度为15-35℃。同时，酸液的种类可以在宽的范围内选择，但是为了使泡沫镍表面的氧化物去除的更加彻底，优选地，酸液为盐酸溶液、硫酸溶液或磷酸溶液，并且酸液的浓度为1.5-2.5mol/L。此外，水清洗的时间可以在宽的范围内选择，但是为了使泡沫镍表面的氧化物去除的更加彻底，优选地，水清洗的时间为8-15min。在本专利技术中，泡沫镍的规格可以在宽的范围内选择，但是为了使泡沫镍与其他的反应物能够充分地接触以提高反应效率，优选地，泡沫镍的规格为：长为1.5-2.5.m，宽为2.5-3.5cm，厚度为0.5-1.5mm，重量为0.1-0.2g。在上述制备方法的步骤2)中，各物料的用量可以在宽的范围内选择，但是为了使制得的NiCo2O4@NiCo2S4核壳纳米线阵列具有更优异的电容量、比电容和稳定性，优选地，在步骤2)中，在反应液中，镍盐、钴盐、铵盐、尿素的摩尔量比为1：(1-3)：(5-8)：(10-15)。在上述制备方法的步骤2)中，水的用量可以在宽的范围内选择，但是为了使制得的NiCo2O4@NiCo2S4核壳纳米线阵列具有更优异的电容量、比电容和稳定性，优选地，镍盐与水的用量比为1mmol：(20-50mL)。在上述制备方法的步骤2)中，水热反应的具体条件可以在宽的范围内选择，但是为了使制得的NiCo2O4@NiCo2S4核壳纳米线阵列具有更优异的电容量、比电容和稳定性，优选地，在步骤2)中，水热反应至少满足以下条件：反应温度为110-130℃，反应时间为4-6h。在上述制备方法的步骤2)中，煅烧的具体条件可以在宽的范围内选择，但是为了使制得的NiCo2O4@NiCo2S4核壳纳米线阵列具有更优异的电容量、比电容和稳定性，优选地，煅烧至少满足以下条件：煅烧温度为310-330℃，煅烧时间为1.5-3h。在上述制备方法的步骤2)中，镍盐、钴盐、铵盐的具体种类可以在宽的范围内选择，但是为了使制得的NiCo2O4@NiCo2S4核壳纳米线阵列具有更优异的电容量、比电容和稳定性，优选地，在步骤2)中，镍盐选自硝酸镍、硫酸镍和氯化镍中至少一者，钴盐选自硝酸钴、硫酸钴和氯化钴中至本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钴酸镍@四硫化二钴合镍核壳纳米线阵列复合材料的制备方法，其特征在于，包括：1)将泡沫镍进行酸化处理；2)将酸化处理后的所述泡沫镍置于封闭的反应液中进行水热反应，接着清洗、干燥以制得Ni‑Co复合物前躯体，然后将所述Ni‑Co复合物前躯体洗涤、干燥、煅烧得到NiCo2O4纳米线阵列材料；3)将所述NiCo2O4纳米线阵列材料、硫化物与水进行硫化反应，接着将反应产物进行洗涤、干燥制得NiCo2O4@NiCo2S4核壳纳米线阵列复合材料；其中，所述反应液含有镍盐、钴盐、铵盐、尿素和水。

【技术特征摘要】
1.一种钴酸镍@四硫化二钴合镍核壳纳米线阵列复合材料的制备方法，其特征在于，包括：1)将泡沫镍进行酸化处理；2)将酸化处理后的所述泡沫镍置于封闭的反应液中进行水热反应，接着清洗、干燥以制得Ni-Co复合物前躯体，然后将所述Ni-Co复合物前躯体洗涤、干燥、煅烧得到NiCo2O4纳米线阵列材料；3)将所述NiCo2O4纳米线阵列材料、硫化物与水进行硫化反应，接着将反应产物进行洗涤、干燥制得NiCo2O4@NiCo2S4核壳纳米线阵列复合材料；其中，所述反应液含有镍盐、钴盐、铵盐、尿素和水。2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，在步骤1)中，所述酸处理为：将所述泡沫镍置于酸液中进行超声处理，然后用水清洗；优选地，所述超声处理至少满足以下条件：处理时间为15-25min，处理温度为15-35℃；更优选地，所述酸液为盐酸溶液、硫酸溶液或磷酸溶液，并且所述酸液的浓度为1.5-2.5mol/L；进一步优选地，所述水清洗的时间为8-15min；更进一步优选地，所述泡沫镍的规格为：长为1.5-2.5.m，宽为2.5-3.5cm，厚度为0.5-1.5mm，重量为0.1-0.2g。3.根据权利要求1所述的制备方法，其中，在步骤2)中，在所述反应液中，所述镍盐、钴盐、铵盐、尿素的摩尔量比为1：(1-3)：(5-8)：(10-15)；优选地，所述镍盐与水的用量比为1mmol：(20-50mL)。4.根据权利要求1所述的制备方法，其中，在步骤2)中，所述水热反应至少满足以下条件：反应温度为110-130℃，反应时间为4-6h...

【专利技术属性】
技术研发人员：王秀华，石波，张晨，
申请(专利权)人：安徽师范大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34