一种Co-Ni-S纳米片材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术涉及一种Co‑Ni‑S纳米片材料及其制备方法与应用，纳米片材料的制备方法包括以下步骤：1)将可溶性镍盐、可溶性钴盐及尿素溶于水中后，加入硫脲并进行水热反应；2)反应结束后，经离心、洗涤、干燥，即得到CoNi2S4纳米片材料；将纳米片材料制备成工作电极，用于超级电容器中。与现有技术相比，本发明专利技术CoNi2S4纳米片材料的制备方法环境友好、简单方便，采用一步溶剂热反应即合成了CoNi2S4纳米片材料，大大简化了反应步骤，缩短了合成时间，提高了反应速率和效率，便于大规模生产高纯度的CoNi2S4纳米片；且CoNi2S4纳米片材料具有高比表面积、很高的比电容、良好的循环性能和高能量密度，电化学性能优异，可进一步制备成工作电极，用于超级电容器中。

A Co-Ni-S nanosheet material and its preparation method and Application

【技术实现步骤摘要】
一种Co-Ni-S纳米片材料及其制备方法与应用
本专利技术属于电化学及纳米材料
，涉及一种Co-Ni-S纳米片材料及其制备方法与在超级电容器中的应用。
技术介绍
随着化石能源的枯竭和不断出现的环境问题，可再生清洁能源的开发、利用变得越来越重要。太阳能、风能是最丰富最重要的可再生清洁能源，但由于太阳能和风能的多变不稳定的自然特性，导致太阳能和风能的发电输出也呈现出间歇性、多变的特点。为了使这些能源产品能够融入电网，储能系统和新能源产品的配合使用来构建智能电网就变得尤为重要。具有高功率密度、高能量密度的储能器件的应用研究对未来构建先进的储能系统具有重要意义。超级电容器具有超高的功率密度，是其他所有储能器件所不具备的特性，也是其核心竞争力。过渡金属硫化物具有低电负性和高电化学性能，越来越吸引广大的研究者进行研究。其中，双金属硫化物因其电化学活性和导电率都明显高于氧化物/氢氧化物，已被广泛研究。由于硫化镍和硫化钴具有多价状态，所以它们能够被有效地整合，并且具有很多的氧化还原活性位点，从而增加电化学活性和导电性。虽然二元硫化镍或硫化钴可以形成不同的晶体结构，但仍存在局限性。朱兆强在“三元钴镍硫化物纳米晶的制备及其在超级电容器领域的应用”中制备出了一种CoNi2S4纳米粒子，其制备过程为：将醋酸钴、醋酸镍置于圆底烧瓶中，再依次加入苯甲醚、油胺，然后在60℃的油浴锅中搅拌加热30分钟。完全溶解后倒入盛有硫粉的反应釜内胆中，密封后放入烘箱中200℃反应24小时，取出后冷却、洗涤、离心分离、干燥，即得到CoNi2S4黑色粉末。该文章中，CoNi2S4纳米粒子制备时所需的温度较高，且反应时间较长，此外，该制备工艺中所用到的硫源为硫粉，硫粉为易燃固体，增加了材料制备过程的危险性。而本专利技术中，三元硫化镍钴(CoNi2S4)纳米片材料的制备过程环保无危险，且制备出来的材料电化学性能更加优异。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种Co-Ni-S纳米片材料及其制备方法与应用。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种Co-Ni-S纳米片材料的制备方法，该方法包括以下步骤：1)将可溶性镍盐、可溶性钴盐及尿素溶于水中后，加入硫脲并进行水热反应；2)反应结束后，经离心、洗涤、干燥，即得到CoNi2S4纳米片材料。进一步地，所述的可溶性镍盐为硝酸镍，所述的可溶性钴盐为硝酸钴。进一步地，所述的水热反应过程中，温度为160-200℃，时间为8-12h。进一步地，所述的可溶性镍盐、可溶性钴盐与尿素的摩尔比为2:(0.8-1.2):(4-6)。进一步地，步骤1)中，在加入硫脲后，立即将混合液转移至聚四氟乙烯水热釜中进行水热反应。一种Co-Ni-S纳米片材料，该纳米片材料采用所述的方法制备而成。一种Co-Ni-S纳米片材料的应用，将所述的纳米片材料制备成工作电极，用于超级电容器中。进一步地，所述的工作电极的制备过程为：将纳米片材料干燥、研磨后，与炭黑及聚四氟乙烯混合均匀，之后压合在泡沫镍片上，经干燥后即得到所述的工作电极。进一步地，所述的纳米片材料、炭黑与聚四氟乙烯的质量比为8:(0.8-1.2):(0.8-1.2)。进一步地，所述的干燥过程中，温度为50-70℃，时间为10-15h。与现有技术相比，本专利技术具有以下特点：1)本专利技术制备出的三元硫化镍钴(CoNi2S4)纳米片材料中，纳米材料相互重叠形成松塔花状的纳米结构，增大了材料的比表面积，提高了离子之间传送的速率，且纳米片材料制备方法环境友好、简单方便，采用一步溶剂热反应即合成了CoNi2S4纳米片材料，大大简化了反应步骤，缩短了合成时间，提高了反应速率和效率，便于大规模生产高纯度的CoNi2S4纳米片；2)本专利技术制备出的CoNi2S4纳米片材料具有高比表面积、很高的比电容、良好的循环性能和高能量密度，电化学性能优异，可进一步制备成工作电极，用于超级电容器中。附图说明图1为实施例2中制得的CoNi2S4纳米片材料在5μm下的SEM图；图2为实施例2中制得的CoNi2S4纳米片材料在100nm下的TEM图；图3为实施例2中制得的CoNi2S4纳米片材料的CV图；图4为实施例2中制得的CoNi2S4纳米片材料的GCD图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。本实施例以本专利技术技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。实施例中所用试剂及仪器如下：试剂：硝酸镍六水合物，硝酸钴六水合物，尿素，硫脲，去离子水，乙醇。仪器：CHI760e电化学工作站，电子天平，超声波清洗器，Ag/AgCl电极，铂丝电极。实施例1：一种CoNi2S4纳米片材料的制备步骤如下：0.4mmolNi(NO)3·6H2O、0.2mmolCo(NO3)2·6H2O和1mmolCH4N2O溶解在10mL去离子水中，剧烈搅拌至溶液呈现香芋牛奶的颜色。然后超声处理30min。随后，向其中加入2mmol硫脲并迅速转移到40mL聚四氟乙烯内衬不锈钢高压釜中进行溶剂热反应，保持在180℃下10h。待反应结束冷却，离心，用去离子水和乙醇进行多次清洗，将得到的CoNi2S4纳米片材料充分研磨，与碳黑、聚四氟乙烯按质量比8:1:1混合，搅拌均匀，压合在泡沫镍片(1cm×1cm)上，60℃烘烤12h制得工作电极。在制备CoNi2S4纳米片材料的过程中，硫脲作为硫源，其主要制备机理如下：经辰华CHI760e电化学工作站采用循环伏安法和恒流充放电的方法，检测该材料的比电容和循环稳定性能。循环伏安法测试显示了材料具备优异的氧化还原能力。利用电子扫描显微镜(表征该电极材料的表面微观结构)，为超电材料的高比表面积提供了基础。在2mol/LKOH溶液中和在0.5A/g的电流密度下，该电极材料的比电容达到了1810F/g。实施例2：一种CoNi2S4纳米片材料的制备步骤如下：0.4mmolNi(NO)3·6H2O、0.2mmolCo(NO3)2·6H2O和1mmolCH4N2O溶解在10mL去离子水中，剧烈搅拌至溶液呈现香芋牛奶的颜色。然后超声处理30min。随后，向其中加入4mmol硫脲并迅速转移到40mL聚四氟乙烯内衬不锈钢高压釜中进行溶剂热反应，保持在180℃下10h。待反应结束冷却，离心，用去离子水和乙醇进行多次清洗，将得到的CoNi2S4纳米片材料充分研磨，与碳黑、聚四氟乙烯按质量比8:1:1混合，搅拌均匀，压合在泡沫镍片(1cm×1cm)上，60℃烘烤12h制得工作电极。经辰华CHI760e电化学工作站采用循环伏安法和恒流充放电的方法，检测该材料的比电容和循环稳定性能。循环伏安法测试显示了材料具备优异的氧化还原能力。利用电子扫描显微镜(表征该电极材料的表面微观结构)，为超电材料的高比表面积提供了基础。在2mol/LKOH溶液中和在0.5A/g的电流密度下，该电极材料的比电容达到了2078F/g。图1为制得的CoNi2S4纳米片材料在5μm下的SEM图，由图1可以看出，CoNi2S4纳米材料相互叠加并形成多个空隙。图2为制得的CoNi2S4纳米片材料在100nm下的TEM图，用透射电镜研究了CoNi2S4纳米材料的结晶过程，并对其形貌进行本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种Co‑Ni‑S纳米片材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：1)将可溶性镍盐、可溶性钴盐及尿素溶于水中后，加入硫脲并进行水热反应；2)反应结束后，经离心、洗涤、干燥，即得到CoNi2S4纳米片材料。

【技术特征摘要】
1.一种Co-Ni-S纳米片材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：1)将可溶性镍盐、可溶性钴盐及尿素溶于水中后，加入硫脲并进行水热反应；2)反应结束后，经离心、洗涤、干燥，即得到CoNi2S4纳米片材料。2.根据权利要求1所述的一种Co-Ni-S纳米片材料的制备方法，其特征在于，所述的可溶性镍盐为硝酸镍，所述的可溶性钴盐为硝酸钴。3.根据权利要求1所述的一种Co-Ni-S纳米片材料的制备方法，其特征在于，所述的水热反应过程中，温度为160-200℃，时间为8-12h。4.根据权利要求1所述的一种Co-Ni-S纳米片材料的制备方法，其特征在于，所述的可溶性镍盐、可溶性钴盐与尿素的摩尔比为2:(0.8-1.2):(4-6)。5.根据权利要求1所述的一种Co-Ni-S纳米片材料的制备方法，其特征在于，步骤1)中，在加入硫脲后，立即将混合液转移...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋继波，孙瑶馨，胡晓敏，陈宇凯，丛海山，张莹，朱丽莹，陈浩天，张小杰，刘凤茹，常宾，康佳玲，
申请(专利权)人：上海应用技术大学，
类型：发明
国别省市：上海,31