一种氧化物@硫化物核壳结构的复合材料及制备方法与应用技术

本公开提供了一种氧化物@硫化物核壳结构的复合材料及制备方法与应用，NiMoS4纳米片层附着在NiMoO4纳米棒表面形成以NiMoO4纳米棒为核、以NiMoS4纳米片为壳的NiMoO4纳米棒@NiMoS4纳米片的复合材料。其制备过程为，将NiMoO4纳米棒与硫源通过水热法进行硫化改性获得NiMoO4纳米棒@NiMoS4纳米片复合材料。本公开通过氧化物与硫化物的结合，发挥二者的协同作用，从而得到具有更高性能的电极材料。

A Composite Material with Core-Shell Structure of Oxide@Sulfide and Its Preparation Method and Application

【技术实现步骤摘要】
一种氧化物@硫化物核壳结构的复合材料及制备方法与应用
本公开属于超级电容制造领域，具体涉及一种氧化物@硫化物核壳结构的复合材料及制备方法与应用。
技术介绍
这里的陈述仅提供与本公开有关的背景信息，而不必然构成现有技术。如今，能源危机和环境污染成为制约人类社会发展的巨大问题，开发利用清洁、环保、高效的新能源，如太阳能、风能、潮汐能等是解决这一问题的必行之道。考虑到大部分可再生能源都存在持续性和普遍性方面的缺陷，于是能量转化和存储装置便成为了新能源技术研究的重中之重。具有功率密度高、循环寿命长、充放电速度快、对环境无污染等优点，超级电容器作为一种新型储能器件，在混合动力电动车、脉冲电源系统和应急电源等领域具有广泛的应用前景。用于超级电容器的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。其中，金属氧化物基材料具有很高的理论比容量，且资源丰富、成本低廉，得到了研究者们的极大关注。据本公开专利技术人所知，目前研究中，二元金属氧化物，如FeCo2O4、NiCo2O4、CoMoO4和NiMoO4等具有较好的性能，但将它们单独用作电极材料时，低导电率成为了限制其实际生产应用的一个巨大问题。
技术实现思路
为了解决现有技术的不足，本公开的目的是提供一种核壳结构的复合材料及制备方法与应用，通过氧化物与硫化物的结合，发挥二者的协同作用，从而得到具有更高性能的电极材料。为了实现上述目的，本公开的技术方案为：一方面，一种氧化物@硫化物核壳结构的复合材料，NiMoS4纳米片附着在NiMoO4纳米棒表面形成以NiMoO4纳米棒为核、以NiMoS4纳米片为壳的NiMoO4纳米棒@NiMoS4纳米片的复合材料。首先，NiMoO4纳米棒结构可提供通畅的电子传输通道，从而降低内阻；NiMoS4纳米片层具备较大的比表面积，可提供丰富的反应活性位点和优良的电解液浸润性，核壳结构可将NiMoO4纳米棒和NiMoS4纳米片结合到一起，从而获得杰出的性能；其次，核壳结构也可以使NiMoO4纳米棒和NiMoS4纳米片在分子尺度甚至原子尺度上紧密结合，从而进一步优化复合材料的性能。为了寻找一种简单、高效地制备该复合电极材料的方法，本申请基于现有的简易水热合成法，成功制备出了具有高电化学性能的复合电极材料。为此，本公开另一方面，提供了一种核壳结构的复合材料的制备方法，将NiMoO4纳米棒与硫源通过水热法进行硫化改性获得NiMoO4纳米棒@NiMoS4纳米片复合材料，所述硫源为含有二价硫离子的无机物。第三方面，一种上述复合材料或上述制备方法获得的复合材料在制备超级电容器中的应用。第四方面，一种正极材料，包括上述复合材料或上述制备方法获得的复合材料。第五方面，一种超级电容器，以上述复合材料或上述制备方法获得的复合材料作为正极材料的活性材料。第六方面，一种上述超级电容器在在太阳能能源系统、风力发电系统、新能源汽车、智能分布式电网系统、分布式储能系统、移动通信基站、卫星通信系统、无线电通信系统、城市轨道交通系统、电梯、通风系统、空调、给排水系统、航空航天装备、电动玩具、混合动力电动车、脉冲电源系统或应急电源中的应用。本公开的有益效果为：(1)NiMoS4材料具有高导电性和电解液浸润性，NiMoO4材料具有较好的稳定性，将两种材料复合，可发挥二者的协同作用，从而得到具有优良电化学性能的电极材料。(2)利用简单的水热合成法制备得到了NiMoO4纳米棒材料，并通过一步控制硫化改性得到了核壳结构NiMoO4纳米棒@NiMoS4纳米片复合材料，实现了成分和结构的一步调控。本公开的方法工艺简单、容易控制、成本低廉、适合工业化生产、制备复合材料效率高、材料利用率高，用该材料制作的超级电容器具有很优异的电化学性能。(3)制备得到的核壳结构NiMoO4纳米棒@NiMoS4纳米片复合材料由NiMoS4纳米片和NiMoO4纳米棒组成；其中，NiMoS4纳米片尺寸约为10-50nm，NiMoO4纳米棒直径约为50-100nm，长度约为0.5-1μm。内部的NiMoO4纳米棒可提供通畅的电子传输通道，从而降低材料内阻，外部的NiMoS4纳米片具有较大的比表面积和丰富的反应活性位点，利于离子扩散和氧化还原反应的发生。通过核壳结构将这两种不同尺度的材料结合到一起，可进一步提高复合材料的电化学性能。(4)用核壳结构NiMoO4纳米棒@NiMoS4纳米片复合材料组装的非对称超级电容器具有较高的容量、功率密度和能量密度。附图说明构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。图1为本公开实施例1的NiMoO4纳米棒材料的扫描电镜图；图2为本公开实施例1的核壳结构NiMoO4纳米棒@NiMoS4纳米片复合材料的扫描电镜图；图3是本实施例所制备的核壳结构NiMoO4纳米棒@NiMoS4纳米片复合材料以及对比例1所制的NiMoO4纳米棒的X射线衍射图，其中，1为NiMoO4，2为NiMoO4@NiMoS4。图4是本实施例所制备的核壳结构NiMoO4纳米棒@NiMoS4纳米片复合材料的能谱仪点扫描图片。图5是本实施例所制备的核壳结构NiMoO4纳米棒@NiMoS4纳米片复合材料的能谱仪面扫描图片。图6为本公开实施例1的核壳结构NiMoO4纳米棒@NiMoS4纳米片复合材料的低倍透射电镜图；图7为本公开实施例1的核壳结构NiMoO4纳米棒@NiMoS4纳米片复合材料的高倍透射电镜图；图8为本公开实施例1的核壳结构NiMoO4纳米棒@NiMoS4纳米片复合材料使用三电极测试在不同扫描速率下的CV(循环伏安)曲线图；图9为本公开实施例1的核壳结构NiMoO4纳米棒@NiMoS4纳米片复合材料使用三电极测试在不同电流密度下的GCD(充放电)曲线图，其中在5A/g的电流密度下，容量为832.3F/g；图10为本公开实施例1的核壳结构NiMoO4纳米棒@NiMoS4纳米片复合材料和还原氧化石墨烯组装而成的非对称超级电容器在不同扫描速率下的CV曲线图；图11为本公开实施例1的核壳结构NiMoO4纳米棒@NiMoS4纳米片复合材料和还原氧化石墨烯组装而成的非对称超级电容器在不同电流密度下的充放电曲线图，在0.5A/g的电流密度下，容量为73.1F/g；图12为本公开对比例1的NiMoO4纳米棒材料使用三电极测试在不同电流密度下的充放电曲线图，其中在5A/g的电流密度下，容量为606.2F/g。具体实施方式应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。鉴于二元金属氧化物作为储能器件电极材料表现出的导电率低，难以满足实际生产应用的不足，为了解决如上的技术问题，本公开提出了一种氧化物@硫化物核壳结构的复合材料及制备方本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氧化物@硫化物核壳结构的复合材料，其特征是，NiMoS4纳米片附着在NiMoO4纳米棒表面形成以NiMoO4纳米棒为核、以NiMoS4纳米片层为壳的NiMoO4纳米棒@NiMoS4纳米片的复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种氧化物@硫化物核壳结构的复合材料，其特征是，NiMoS4纳米片附着在NiMoO4纳米棒表面形成以NiMoO4纳米棒为核、以NiMoS4纳米片层为壳的NiMoO4纳米棒@NiMoS4纳米片的复合材料。2.如权利要求1所述的复合材料，其特征是，NiMoS4纳米片的尺寸为10～50nm；或，NiMoO4纳米棒直径为50～100nm，长度为0.5～1μm。3.一种核壳结构的复合材料的制备方法，其特征是，将NiMoO4纳米棒与硫源通过水热法进行硫化改性获得NiMoO4纳米棒@NiMoS4纳米片复合材料，所述硫源为含有二价硫离子的无机物。4.如权利要求3所述的制备方法，其特征是，硫化改性的反应体系中硫源的浓度为5×10-3～20×10-3mol/L；或，硫化改性的水热法条件为，温度为100～140℃，反应时间为6～12h；或，NiMoO4和硫源的摩尔比为1:5～20；或，所述硫源为Na2S·9H2O。5.如权利要求3所述的制备方法，其特征是，合成NiMoO4纳米棒的方法，以镍盐、钼酸盐作为原料进行水热反应获得NiMoO4纳米棒；优选的，所述镍盐和钼酸盐中，Ni2+、MoO42-摩尔比为0.5～2:1；优选的，所述镍盐为Ni(NO3)2·6H2O、NiCl2·6H2O或Ni(CH3COO)2·4H2O，所述钼酸盐为Na2MoO4·2H2O；优选的，水热反应的条件为，温度1...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘久荣，刘伟，高梦娇，汪宙，吴莉莉，王凤龙，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东,37