碳纳米管-四硫化二钴合镍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碳纳米管‑四硫化二钴合镍复合材料及其制备方法和应用，包括以下步骤：(1)将碳纳米管、氨水、正硅酸乙酯、表面活性剂超声分散于乙醇和水的混合溶液中，搅拌反应，抽滤干燥所得粉体；(2)将上一步的粉体与硝酸镍、硝酸钴和碱性环境的促进剂分散于去离子水中，并进行水热反应，随后将冷却好的产物抽滤洗净烘干；(3)将上一步得到的粉体分散在硫化钠水溶液中，进行水热反应，最终得到碳纳米管‑四硫化二钴合镍复合材料。本发明专利技术的有益效果是：改善了材料的容量和循环稳定性。

Carbon Nanotubes-nickel cobalt tetrasulfide composites and their preparation methods and Applications

The invention discloses a carbon nanotube cobalt tetrasulfide nickel composite material and its preparation method and application, including the following steps: (1) ultrasonic dispersion of carbon nanotubes, ammonia water, ethyl orthosilicate and surfactant in a mixture of ethanol and water, stirring reaction, drainage and drying of the powders; (2) promotion of the previous step powders with nickel nitrate, cobalt nitrate and alkaline environment. The agent is dispersed in deionized water and hydrothermal reaction is carried out, then the cooled product is filtered, washed and dried; (3) The powder obtained in the previous step is dispersed in sodium sulfide aqueous solution for hydrothermal reaction, and finally carbon nanotubes and nickel cobalt tetrasulfide composite materials are obtained. The beneficial effect of the present invention is to improve the capacity and cyclic stability of the material.

【技术实现步骤摘要】
碳纳米管-四硫化二钴合镍复合材料及其制备方法和应用
本专利技术涉及材料化学
，特别是涉及一种碳纳米管-四硫化二钴合镍复合材料及其制备方法和应用。
技术介绍
四硫化二钴合镍具有高超级电容器赝电容容量、元素来源丰富、导电性相对于硫化镍、硫化钴高等特点，是一类很有潜力的超级电容器材料。但是其导电性仍不能满足超级电容器高电流密度的使用要求，在高功率下容量损失较大，倍率性能欠佳。碳纳米管结晶性良好，具有优异的力学、电学性能和高的比表面积，能为其他材料提供理想的导电网络。通过将活性材料与碳纳米管复合，形成碳纳米管网络来为活性物质提供电子通道，可以有效改善四硫化二钴合镍的导电性，有利于其与电解液之间的快速离子吸脱附、传输，从而显著提高材料的高倍率电流密度下的性能。此外，碳纳米管具有高比表面积，将其与四硫化二钴合镍进行包覆式复合可以显著提高其比表面积，提供更多的反应活性位点，从而提高材料的容量。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种碳纳米管-四硫化二钴合镍复合材料及其制备方法和应用。为实现本专利技术的目的所采用的技术方案是：本专利技术的一种碳纳米管-四硫化二钴合镍复合材料的制备方法，包括以下步骤：步骤1，取碳纳米管-氧化硅复合材料，加入去离子水，超声分散，其中所述碳纳米管-氧化硅复合材料的浓度为0.5～1gL-1，随后加入碱性环境促进剂和Ni(NO3)2和Co(NO3)2，搅拌均匀后，于90℃-120℃条件下水热反应10-15h，自然冷却后抽滤、清洗所得产物，于40-80℃条件下干燥10-15h，得到碳纳米管-硅酸钴镍复合材料；步骤2，取步骤1制备得到的碳纳米管-硅酸钴镍复合材料，加入乙醇和去离子水的混合溶剂中，其中碳纳米管-硅酸钴镍复合材料的浓度为0.1gL-1～0.4gL-1，其中乙醇和去离子水的体积比为1：(2-4)，然后加入硫化钠，其中硫化钠与所述碳纳米管-硅酸钴镍复合材料的质量比为(4-8)：1，分散均匀后，于100-200℃条件下水热反应10-15h，最后将所得产物离心洗净，冷冻干燥得到碳纳米管-四硫化二钴合镍复合材料。优选的，所述步骤1中所述碱性环境促进剂与所述碳纳米管-氧化硅复合材料的质量比为(1～2)：(0.02-0.04)，所述Ni(NO3)2与所述碳纳米管-氧化硅复合材料的质量比为1：(1.6-2.0)，Co(NO3)2与所述碳纳米管-氧化硅复合材料的质量比为1：(0.8-1.0)。优选的，所述步骤1中的碳纳米管-氧化硅复合材料的制备方法如下：将表面活性剂溶于去离子水和乙醇的混合溶液中，其中表面活性剂的浓度为1～2gL-1,其中去离子水与乙醇的体积比为1：(3-5)，然后加入氨水和羟基化碳纳米管粉体，其中：氨水的加入量为所述混合溶液体积的0.5％～2％，碳纳米管在所述混合溶液中的浓度为0.5～0.8gL-1，分散均匀后，滴加正甲基硅烷(TEOS)，其中TEOS的的加入量为所述混合溶液体积的0.5％～2％，搅拌反应5～10h后，将产物抽滤洗净，40-80℃条件下干燥10-15h，得到碳纳米管-氧化硅复合材料。优选的，所述表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵、十八烷基三甲基溴化铵或十八氨基三甲基氯化铵。优选的，所述步骤1中的碱性环境促进剂为尿素或氨水。本专利技术的另一方面，还包括一种碳纳米管-四硫化二钴合镍复合材料，由碳纳米管和包覆在其表面的团簇状或纳米晶状四硫化二钴合镍构成，形成同轴电缆结构，按照以下方法制备：步骤1，取碳纳米管-氧化硅复合材料，加入去离子水，超声分散，其中所述碳纳米管-氧化硅复合材料的浓度为0.5～1gL-1，随后加入碱性环境促进剂和Ni(NO3)2和Co(NO3)2，搅拌均匀后，于90℃-120℃条件下水热反应10-15h，自然冷却后抽滤、清洗所得产物，于40-80℃条件下干燥10-15h，得到碳纳米管-硅酸钴镍复合材料；步骤2，取步骤1制备得到的碳纳米管-硅酸钴镍复合材料，加入乙醇和去离子水的混合溶剂中，其中碳纳米管-硅酸钴镍复合材料的浓度为0.1gL-1～0.4gL-1，其中乙醇和去离子水的体积比为1：(2-4)，然后加入硫化钠，其中硫化钠与所述碳纳米管-硅酸钴镍复合材料的质量比为(4-8)：1，分散均匀后，于100-200℃条件下水热反应10-15h，最后将所得产物离心洗净，冷冻干燥得到碳纳米管-四硫化二钴合镍复合材料。优选的，所述步骤1中所述碱性环境促进剂与所述碳纳米管-氧化硅复合材料的质量比为(1～2)：(0.02-0.04)，所述Ni(NO3)2与所述碳纳米管-氧化硅复合材料的质量比为1：(1.6-2.0)，Co(NO3)2与所述碳纳米管-氧化硅复合材料的质量比为1：(0.8-1.0)。优选的，所述步骤1中的碳纳米管-氧化硅复合材料的制备方法如下：将表面活性剂溶于去离子水和乙醇的混合溶液中，其中表面活性剂的浓度为1～2gL-1,其中去离子水与乙醇的体积比为1：(3-5)，然后加入氨水和羟基化碳纳米管粉体，其中：氨水的加入量为所述混合溶液体积的0.5％～2％，碳纳米管在所述混合溶液中的浓度为0.5～0.8gL-1，分散均匀后，滴加正甲基硅烷(TEOS)，其中TEOS的的加入量为所述混合溶液体积的0.5％～2％，搅拌反应5～10h后，将产物抽滤洗净，40-80℃条件下干燥10-15h，得到碳纳米管-氧化硅复合材料。优选的，所述表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵、十八烷基三甲基溴化铵或十八氨基三甲基氯化铵。优选的，所述步骤1中的碱性环境促进剂为尿素或氨水。优选的，所述碳纳米管-四硫化二钴合镍复合材料具有1A/g电流密度下400～700F/g的比容量。本专利技术的另一方面，还包括所述碳纳米管-四硫化二钴合镍复合材料在超级电容器电极材料上的应用。优选的，将所述碳纳米管-四硫化二钴合镍复合材料与炭黑、聚四氟乙烯(PTFE)按照(5-10):(1-2):(1-2)质量比混合并擀片或涂布用于制备超级电容器材料。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1、由该方法制备的四硫化二钴合镍具有良好的超级电容器性能，其合成工艺简单可行，产物均一。2、由该方法制备的碳纳米管-四硫化二钴合镍复合材料由碳纳米管和包覆在其表面的团簇状或纳米晶状四硫化二钴合镍构成，其包覆结构为材料提供了大的比表面积，减弱了团聚，碳纳米管骨架提供了结构稳定性，使之具有良好的循环稳定性，碳纳米管网络提供了电子和离子通道，改善了材料的导电性，从而提高了材料高电流密度下充放电时的倍率性能，在5A/g下仍能保持84.3％的容量。采用三电极测试系统进行超级电容器性能测试，碳纳米管-四硫化二钴合镍复合材料具有良好的循环稳定性，在50mV/s的扫速下进行循环测试，1600圈之后材料仍能保留有80％的容量。附图说明图1是实施例1所得到的碳纳米管-四硫化二钴合镍复合材料的SEM图像；图2是实施例1所得到的碳纳米管-四硫化二钴合镍复合材料的TEM图像；图3是实施例1所得到的碳纳米管-四硫化二钴合镍复合材料的不同扫描速率下的循环伏安法测试曲线；图4是实施例1所得到的碳纳米管-四硫化二钴合镍复合材料的不同充放电速率下的恒电流充放电曲线；图5是实施例1所得到的碳纳米管-四硫化二钴合镍复合材料的50mV/s扫描速率1600周循环本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳纳米管‑四硫化二钴合镍复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，取碳纳米管‑氧化硅复合材料，加入去离子水，超声分散，随后加入碱性环境促进剂和Ni(NO3)2和Co(NO3)2，搅拌均匀后，于90℃‑120℃条件下水热反应10‑15h，自然冷却后抽滤、清洗所得产物，于40‑80℃条件下干燥10‑15h，得到碳纳米管‑硅酸钴镍复合材料；步骤2，取步骤1制备得到的碳纳米管‑硅酸钴镍复合材料，加入乙醇和去离子水的混合溶剂中，然后加入硫化钠，其中硫化钠与所述碳纳米管‑硅酸钴镍复合材料的质量比为(4‑8)：1，分散均匀后，于100‑200℃条件下水热反应10‑15h，最后将所得产物离心洗净，冷冻干燥得到碳纳米管‑四硫化二钴合镍复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种碳纳米管-四硫化二钴合镍复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，取碳纳米管-氧化硅复合材料，加入去离子水，超声分散，随后加入碱性环境促进剂和Ni(NO3)2和Co(NO3)2，搅拌均匀后，于90℃-120℃条件下水热反应10-15h，自然冷却后抽滤、清洗所得产物，于40-80℃条件下干燥10-15h，得到碳纳米管-硅酸钴镍复合材料；步骤2，取步骤1制备得到的碳纳米管-硅酸钴镍复合材料，加入乙醇和去离子水的混合溶剂中，然后加入硫化钠，其中硫化钠与所述碳纳米管-硅酸钴镍复合材料的质量比为(4-8)：1，分散均匀后，于100-200℃条件下水热反应10-15h，最后将所得产物离心洗净，冷冻干燥得到碳纳米管-四硫化二钴合镍复合材料。2.如权利要求1所述的一种碳纳米管-四硫化二钴合镍复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1中所述碱性环境促进剂与所述碳纳米管-氧化硅复合材料的质量比为(1～2)：(0.02-0.04)，所述Ni(NO3)2与所述碳纳米管-氧化硅复合材料的质量比为1：(1.6-2.0)，Co(NO3)2与所述碳纳米管-氧化硅复合材料的质量比为1：(0.8-1.0)。3.如权利要求1所述的一种碳纳米管-四硫化二钴合镍复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1中的碳纳米管-氧化硅复合材料的制备方法如下：将表面活性剂溶于去离子水和乙醇的混合溶液中，其中表面活性剂的浓度为1～2gL-1,其中去离子水与乙醇的体积比为1：(3-5)，然后加入氨水和羟基化碳纳米管粉体，其中：氨水的加入量为所述混合溶液体积的0.5％～2％，碳纳米管在所述混合溶液中的浓度为0.5～0.8gL-1，分散均匀后，滴加正甲基硅烷(TEOS)，其中TEOS的的加入量为所述混合溶液体积的0.5％～2％，搅拌反应5～10h后，将产物抽滤洗净，40-80℃条件下干燥10-15h，得到碳纳米管-氧化硅复合材料。4.如权利要求3所述的一种碳纳米管-四硫化二钴合镍复合材料的制备方法，其特征在于，所述表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵、十八烷基三甲基溴化铵或十八氨基三甲基氯化铵。5.如权利要求1所述的一种碳纳米管-四硫化二钴合镍复合材料的制备方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯峰，蒋小通，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12