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一种中空Zn-Co-Ni-S纳米笼超级电容器电极材料及其制备方法技术

技术编号:28606202 阅读:12 留言:0更新日期:2021-05-28 15:58
本发明专利技术提供一种中空Zn‑Co‑Ni‑S纳米笼超级电容器电极材料的制备方法。该方法将六水硝酸锌、六水硝酸钴、2‑甲基咪唑混合于甲醇中,通过金属离子与2‑甲基咪唑的配位,形成锌、钴双金属沸石咪唑酯骨架材料Zn‑Co‑ZIF;然后,将Zn‑Co‑ZIF与六水硝酸镍混合于乙醇中,回流反应得到三元层状氢氧化物Zn‑Co‑Ni‑LDH;最后,进行水热硫化反应,得到中空Zn‑Co‑Ni‑S纳米笼。该方法简单易行,成本低,制得的中空Zn‑Co‑Ni‑S纳米笼,作为电极材料而应用在超级电容器中,表现出良好的法拉第赝电容性能以及良好的循环稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种中空Zn-Co-Ni-S纳米笼超级电容器电极材料及其制备方法
本专利技术涉及超级电容器电极材料
,具体涉及中空Zn-Co-Ni-S纳米笼超级电容器电极材料的制备方法。
技术介绍
由于移动电子设备、电动汽车等设备对电力供应的需求不断增加,以及为普通家庭提供可靠的能源供应,储能系统在现代社会中发挥着至关重要的作用。其中,超级电容器又称电化学电容器,具有比传统电容器优越的能量密度和比电池更高的功率密度等特性。具有广阔的市场前景。开发廉价、高效的电极材料是提升超级电容器性能的关键。中空结构的硫化物因其具有高比表面积、丰富的法拉第氧化还原反应位点、缩短的电荷转移途径等独特优点,因此在超级电容器中具有良好的应用前景。
技术实现思路
本专利技术提供了中空Zn-Co-Ni-S纳米笼超级电容器电极材料的制备方法,包括以下步骤:(1)将六水硝酸锌、六水硝酸锌钴、2-甲基咪唑混合于甲醇中,通过金属离子与2-甲基咪唑的配位,形成锌、钴双金属沸石咪唑酯框架材料(ZIF),简称Zn-Co-ZIF;;(2)将Zn-Co-ZIF与六水硝酸镍混合于乙醇中,回流反应得到三元层状氢氧化物Zn-Co-Ni-LDH前驱体;(3)将Zn-Co-Ni-LDH前驱体与硫源溶液混合均匀,进行水热硫化反应,得到中空Zn-Co-Ni-S纳米笼。所述步骤(1)中的六水硝酸锌、六水硝酸钴的摩尔比包括1∶1、1∶2和2∶1。所述步骤(2)中的Zn-Co-ZIF与六水硝酸镍的质量比为1∶1~8。所述步骤(2)中的回流温度优选为90~150℃。所述步骤(2)中的回流时间优选为0.5~1.5h。所述步骤(3)中的硫源包括硫代乙酰胺、硫化钠、硫脲中的一种或多种。所述步骤(3)中的硫化反应时间优选为3.5h~5h。所述步骤(3)中的硫化反应温度优选为120~180℃。本专利技术还提供了上述技术方案所述中空Zn-Co-Ni-S纳米笼作为超级电容器电极材料的应用。本专利技术通过将六水硝酸锌、六水硝酸钴、2-甲基咪唑混合于甲醇中,通过金属离子与2-甲基咪唑的配位,形成锌、钴双金属沸石咪唑酯框架材料(ZIF),ZIF是一类具有与沸石拓扑结构的金属有机框架材料(MOF),结合了沸石及MOFs这两种材料的优点,具有高的稳定性以及结构和功能的可调性;通过回流、硫化得到具有中空结构的Zn-Co-Ni-S纳米笼。三维中空笼状结构,具有充分暴露的比表面积和活性位点、缩短的电荷转移途径,还可减少电极材料在工作过程中的体积膨胀。同时,三元金属具有更加丰富的价态,不同金属间的协同作用可提高导电性。因此,作为电极材料而应用于超级电容器中,中空Zn-Co-Ni-S纳米笼表现出良好的法拉第赝电容性和电化学稳定性。附图说明图1为本专利技术实施例1制备的中空Zn-Co-Ni-S纳米笼超级电容器电极材料的透射电镜照片;图2为本专利技术实施例2制备的中空Zn-Co-Ni-S纳米笼超级电容器电极材料的X射线衍射图;图3为本专利技术实施例3制备的中空Zn-Co-Ni-S纳米笼超级电容器电极材料在2MKOH电解液中的电化学性能图,左图是在不同扫速下的循环伏安曲线图,右图是不同电流密度下计时电流分析图。图4为本专利技术实施例1制备的中空Zn-Co-Ni-S纳米笼超级电容器电极材料在2MKOH电解质溶液中的比电容与电流密度关系图;图5为本专利技术实施例1制备的具有中空Zn-Co-Ni-S纳米笼超级电容器电极材料作为电极材料在2MKOH电解质溶液中,在10Ag-1电流密度下的循环稳定性图;具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步详细描述,需要指出的是,以下所述实施例旨在便于对本专利技术的理解,而对其不起任何限定作用。实施例1:将2.18g的Zn(NO3)2·6H2O与4.36g的Co(NO3)2·6H2O溶于150mL甲醇中,充分溶解,得到溶液A。将5.77g的2-甲基咪唑溶于50mL甲醇中,充分溶解后形成溶液B。将溶液A和溶液B混合,搅拌0.5h得到混合溶液。室温下静置反应24h后离心收集产物,产物用甲醇洗涤3次,将产物在60℃真空干燥箱中干燥12h。干燥后得到Zn-Co-ZIF。将0.24g的Zn-Co-ZIF分散于120mL乙醇中,充分分散后加入0.48g的Ni(NO3)2·6H2O,充分溶解得到混合溶液。将混合溶液在90℃条件下回流1小时。回流结束后,将混合溶液离心,然后用乙醇溶液洗三次,将产物在60℃真空干燥箱中干燥12h,干燥后得到Zn-Co-Ni-LDH。将0.12g硫代乙酰胺加入含有聚四氟乙烯内衬的反应釜中,超声溶解,将上述样品加入溶液中,置于鼓风干燥箱内120℃反应4h,得到沉淀物;沉淀物用乙醇洗涤三次,离心后置于60℃真空干燥箱中干燥12h,得到中空Zn-Co-Ni-S纳米笼超级电容器电极材料。上述制得的中空Zn-Co-Ni-S纳米笼超级电容器电极材料的投射电镜图如图1所示,从图1中可以看出,样品呈现中空纳米笼结构。将本实施例制备的电极材料制成浆液,涂覆于泡沫镍上,在CHI660E电化学工作站上进行电化学性能测试,电解质溶液为2MKOH,图4为电极材料的比电容与电流密度关系图,在1Ag-1的电流密度下的比电容值为1930.9Fg-1,图5为电极材料在10Ag-1电流密度下的循环稳定性图,循环5000次(10Ag-1)电容保持率为70%左右,显示中空Zn-Co-Ni-S纳米笼具有良好的电化学性能与循环稳定性。实施例2:将2.18g的Zn(NO3)2·6H2O与2.18g的Co(NO3)2·6H2O溶于100mL甲醇中,充分溶解,得到溶液A。将6.31g的2-甲基咪唑溶于60mL甲醇中,充分溶解后形成溶液B。将溶液A和溶液B混合,搅拌0.5h得到混合溶液。室温下静置反应24h后离心收集产物,产物用甲醇洗涤3次,将产物在60℃真空干燥箱中干燥12h。干燥后得到Zn-Co-ZIF。将0.12g的Zn-Co-ZIF分散于60mL乙醇中,充分分散后加入0.36g的Ni(NO3)2·6H2O,充分溶解得到混合溶液。将混合溶液在110℃条件下回流1.5h。回流结束后,将混合溶液离心,然后用乙醇溶液洗三次,将产物在60℃真空干燥箱中干燥12h,干燥后得到Zn-Co-Ni-LDH。将0.12g硫脲加入含有聚四氟乙烯内衬的反应釜中,超声溶解,将上述样品加入溶液中,置于鼓风干燥箱内150℃反应5h,得到沉淀物;沉淀物用乙醇洗涤三次,离心后置于60℃真空干燥箱中干燥12h,得到中空Zn-Co-Ni-S纳米笼超级电容器电极材料。上述制得的空Zn-Co-Ni-S纳米笼超级电容器电极材料的X射线衍射图如图2所示,从图2中可以看出,样品物相为ZnS、Co3S4和Ni3S2。将本实施例制备的电极材料制成浆液,涂覆于泡沫镍上,在CHI660E电化学工作站上进行电化学性能测试,电解质溶液为2MKOH,实验结果表明本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种中空Zn-Co-Ni-S纳米笼超级电容器电极材料的制备方法,包括以下步骤:/n(1)将六水硝酸锌、六水硝酸锌钴、2-甲基咪唑混合于甲醇中,通过金属离子与2-甲基咪唑的配位,形成锌、钴双金属沸石咪唑酯框架材料,简称Zn-Co-ZIF;/n(2)将Zn-Co-ZIF与六水硝酸镍混合于乙醇中,回流反应得到三元层状氢氧化物Zn-Co-Ni-LDH前驱体;/n(3)将Zn-Co-Ni-LDH前驱体与硫源溶液混合均匀,进行水热硫化反应,得到中空Zn-Co-Ni-S纳米笼。/n

【技术特征摘要】
1.一种中空Zn-Co-Ni-S纳米笼超级电容器电极材料的制备方法,包括以下步骤:
(1)将六水硝酸锌、六水硝酸锌钴、2-甲基咪唑混合于甲醇中,通过金属离子与2-甲基咪唑的配位,形成锌、钴双金属沸石咪唑酯框架材料,简称Zn-Co-ZIF;
(2)将Zn-Co-ZIF与六水硝酸镍混合于乙醇中,回流反应得到三元层状氢氧化物Zn-Co-Ni-LDH前驱体;
(3)将Zn-Co-Ni-LDH前驱体与硫源溶液混合均匀,进行水热硫化反应,得到中空Zn-Co-Ni-S纳米笼。


2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述步骤(1)中的六水硝酸锌、六水硝酸钴的摩尔比包括1∶1、1∶2和2∶1。


3.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述的步骤(2...

【专利技术属性】
技术研发人员:赵雪艳杨翠陶凯韩磊
申请(专利权)人:宁波大学
类型:发明
国别省市:浙江;33

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