一种用于碱性锌离子电容器的双壳层Ni3Se4@Co3Se4的合成方法技术

一种以Co

【技术实现步骤摘要】
一种用于碱性锌离子电容器的双壳层Ni3Se4@Co3Se4的合成方法


[0001]本专利技术属于功能性纳米复合材料
，尤其涉及一种异质壳层的双壳层材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]在电子技术爆发式发展和移动智能设备广泛应用的年代，人们对移动端储能系统的性能提出了更高的要求。近年来以电池型电极材料为正极，以锌板为负极构建的锌基复合超级电容器(Zn
‑
HSCs)备受关注。因为采用的Zn负极具有较低的氧化还原电位(相对于标准氢电极
‑
0.763V)，所以显著提高了杂化电容器体系的输出电压(1.8～2.2V)。同时Zn
‑
HSCs类电池型的充放电平台也可以提供稳定的输出电压，在便携式民用设备领域具有优异的应用潜力。但是由于电极材料在快速充放电过程中内部材料不可用，容易产生大量死区，所以其能量密度较低。因此，电极材料的合理设计仍然是研究的重点和难点，仍然需要我们去努力克服。
[0003]在报道的电池型超级电容器电极材料中，过渡金属硒化物被认为是最有前途的电极材料之一。目前已经有许多形态多样的过渡金属硒化物(TMSs)被广泛报道，其中，中空结构材料性能最为优越，不仅可以提供高表面积和短离子扩散路径，而且可以有效缓解充放电过程中的体积效应问题。然而，目前报道的空心TMSs多为单壳或组成相似的多壳结构，这限制了其超级电容性能以及在复杂应用场景下的进一步应用。因此，设计和制造多壳层异质结构的空心TMSs是现代纳米技术的挑战，也是提高超级电容器能量密度的机遇。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种用于碱性锌离子电容器的双壳层Ni3Se4@Co3Se4的合成方法。异质结构的形成使得该材料具有高的比表面积和丰富的微孔孔道，可以为电化学反应提供充足的活性中心和离子迁移路径，Zn
‑
HSCs具有较低的氧化还原电位出色的Zn电极可逆性，可以显著提高电池电压，在相同功率密度下，Zn
‑
HSCs的能量密度比一般报道的HSCs高。
[0005]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0006]本专利技术提供的双壳层纳米材料的制备方法，可以通过如下技术路线予以实现：
[0007](1)Co
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BTC前驱体的制备：将金属盐、均苯三酸(H3BTC)以及有机溶剂混合，进行第一溶剂热反应，得到球状前驱体；所述有机溶剂包括乙醇和乙二醇；所述第一溶剂热反应的温度为120℃～150℃，第一溶剂热反应时间为12～48h；
[0008](2)Ni
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LDH@Co
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BTC蛋黄壳结构的制备：将上述步骤(1)得到的前驱体、六水合硝酸镍(Ni(NO3)2·
6H2O)以及六亚甲基四胺(HMT)分别分散于有机溶剂中，进行油浴反应，得到蛋黄壳结构材料；所述有机溶剂为乙醇溶液；所述油浴反应温度为70～90℃，油浴反应的时间为5～24h。
[0009](3)Ni3Se4@Co3Se4双层微球结构的制备：将上述步骤(2)的得到的蛋黄壳结构分散溶于有机溶剂中，并与Se和NaBH4溶液混合，进行第二溶剂热反应，得到双壳层微球纳米材料；所述有机溶液为乙醇溶液；所述第二溶剂热反应的温度为150～180℃，第二溶剂热反应的时间为1～8h。
[0010]根据技术路线的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中六水合硝酸钴(Co(NO3)2·
6H2O)和均苯三酸(H3BTC)的摩尔比为(1～3：1)；超声分散，以合成形貌和尺寸较为均匀的Co
‑
BTC前驱体。
[0011]根据技术路线的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中步骤(1)得到的球状前驱体以及六水合硝酸镍(Ni(NO3)2·
6H2O)分别溶于100mL乙醇溶液，而六亚甲基四胺(HMT)溶于60mL乙醇溶液。
[0012]根据技术路线的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中Se和NaBH4的摩尔比为(1：0～4)。
[0013]根据权技术路线的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中金属盐为六水合硝酸钴(Co(NO3)2·
6H2O)、六水合硝酸镍(Ni(NO3)2·
6H2O)以及四水合硝酸锰(Mn(NO3)2·
4H2O)，分别得到Co
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BTC、Ni
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BTC和Mn
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BTC。
[0014]根据权技术路线所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中所用的前驱体可以为Co
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BTC、Ni
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BTC和Mn
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BTC。得到Ni
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LDH@Co
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BTC、Ni
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LDH@Ni
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BTC和Ni
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LDH@Mn
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BTC。
[0015]根据权技术路线的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中所用的蛋黄壳结构可以为Ni
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LDH@Co
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BTC、Ni
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LDH@Ni
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BTC和Ni
‑
LDH@Mn
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BTC，分别得到Ni3Se4@Co3Se4、Ni3Se4@NiSe和Ni3Se4@MnSe。
[0016]本专利技术还提供了上述技术路线所述双壳层纳米材料在锌离子电容器中的应用。
[0017]作为本专利技术的进一步特征：经过上述制备方法制备所得的双壳层纳米材料超级电容器的正极材料，具有优异的电化学性能。在三电极体系下进行测试，1A g
‑1的电流密度下可以达到900～1400F g
‑1的比容量，当电流密度增加10倍，比容量仍能保持初始容量的92.1％。
[0018]作为本专利技术的进一步特征：经过上述制备方法制备所得的双壳层纳米材料和氧化石墨烯处理过的锌板分别作为混合超级电容器的正负极材料组装两电极混合超级电容器，其在1.67KW kg
‑1的功率密度下，能量密度能达到271.2Wh kg
‑1。
[0019]本专利技术提供了一种用于碱性锌离子电容器的双壳层Ni3Se4@Co3Se4的合成方法制备方法，包括如下步骤：将金属与有机配体以及有机溶剂混合，进行第一溶剂热反应，得到球状前驱体；所述有机溶剂包括乙醇和乙二醇；所述第一溶剂热反应的温度为120℃～150℃，第一溶剂热反应时间为12～48h；将得到的前驱体、六水合硝酸镍(Ni(NO3)2·
6H2O)以及六亚甲基四胺(HMT)分别分散于有机溶剂中，进行油浴反应，得到蛋黄壳结构材料；所述有机溶剂为乙醇溶液；所述油浴反应温度为70～90℃，油浴反应的时间为5～24h。将得到的蛋黄壳结构溶于有机溶剂中，并与Se和NaBH4溶液混合，进行第二溶剂热反应，得到双壳层微球纳米材料；所述有机溶液为乙醇溶液；所述第二溶剂热反应的温本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于碱性锌离子电容器的双壳层Ni3Se4@Co3Se4的合成方法，包括以下步骤：(1)Co
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BTC前驱体的制备：将金属盐、均苯三酸(H3BTC)以及有机溶剂混合，进行第一溶剂热反应，得到球状前驱体；所述有机溶剂包括乙醇和乙二醇；所述第一溶剂热反应的温度为120℃～150℃，第一溶剂热反应时间为12～48h；(2)Ni
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LDH@Co
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BTC蛋黄壳结构的制备：将上述步骤(1)得到的前驱体、六水合硝酸镍(Ni(NO3)2·
6H2O)以及六亚甲基四胺(HMT)分别溶于有机溶剂中，进行油浴反应，得到蛋黄壳结构材料；所述有机溶剂为乙醇溶液；所述油浴反应温度为70～90℃，油浴反应的时间为5～24h。(3)Ni3Se4@Co3Se4双层微球结构的制备：将上述步骤(2)的得到的蛋黄壳结构溶于有机溶剂中，并与Se和NaBH4溶液混合，进行第二溶剂热反应，得到双壳层微球纳米材料；所述有机溶液为乙醇溶液；所述第二溶剂热反应的温度为150～180℃，第二溶剂热反应的时间为1～8h。2.根据权利要求书1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中金属盐为六水合硝酸钴(Co(NO3)2·
6H2O)、六水合硝酸镍(Ni(NO3)2·
6H2O)以及四水合硝酸锰(Mn(NO3)2·
...

【专利技术属性】
技术研发人员：王磊，武雅琦，刘璐，李彬，王笑东，肖振宇，
申请(专利权)人：青岛科技大学，
类型：发明
国别省市：