[发明专利]一种硫化镍/石墨烯/碳纳米管/Co3S4三维复合储氢材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备Co₃S₄/石墨烯/碳纳米管/硫化镍三维复合储氢材料的方法，特别涉及一种电化学储氢电极材料的制备方法。

背景技术

能源危机和环境污染已经成为全球性的难题，为了实现社会的可持续发展，世界各国不断加大新能源的开发，以期获得高效清洁无污染的能源。新能源中氢能因具有最高的能质比，使用过程中清洁无污染等优势，其开发和利用得到了广泛的关注。但氢能不易存储，科研人员经过长期的研究发现固体氢化物可通过电化学方式实现氢能的可逆利用，于是储氢技术的研究重点转向了固体储氢材料的开发。

近年来，各种纳米结构的金属硫化镍和硫化钴被发现具有良好的电化学储氢前景，但获得的粉体储氢材料在制备电极过程中需要加入导电剂、粘结剂等辅助材料再涂覆于集流体之上，使电极制备过程耗时耗力且增加了电极的接触电阻，导致高倍率储氢性能变差，此外，导电剂、粘结剂和集流器本身会增加电极的总质量，使得电极整体比容量降低许多。因此，寻找一种兼具高容量和良好稳定性的复合储氢电极材料成为发展的关键。

现有技术中，申请号为201310438808的中国专利公开了一种泡沫镍——纳米八硫化九钴复合材料及其制备方法，利用钴盐和尿素通过离子反应直接得到一种镍基八硫化九钴纳米管阵列超级电容器电极材料，但此种材料中八硫化九钴是两种可溶前驱物通过充分离子反应得到的纳米管阵列，若直接应用其作为电化学储氢材料，其储氢性能较低。申请号为201510307149.9的中国专利公开了一种制备金属硫化物/石墨烯/硫化镍复合薄膜材料的方法，硫源仍为可溶的硫脲或硫化钠，最终得到的产物为薄膜，比表面积较小，因此不适合直接应用在电化学储氢领域。

为了获得综合性能更为优良的稳定的三维立体结构且具有高活性位点的电化学储氢材料，以满足新技术和新领域对其日益提高的应用要求，正成为相关领域亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明是要解决现有的硫化钴复合材料不能用作电化学储氢电极的技术问题，而提供一种硫化镍/石墨烯/碳纳米管/Co₃S₄三维复合储氢材料的制备方法。

本发明的一种硫化镍/石墨烯/碳纳米管/Co₃S₄三维复合储氢材料的制备方法按以下步 骤进行：

一、通过Hummers法制备氧化石墨烯分散溶液，调节浓度为2.2～2.5mg/mL，再加入碳纳米管混合均匀，得到氧化石墨烯/碳纳米管分散液；其中碳纳米管与氧化石墨烯的质量比为1:(1～1.5)；

二、将乙酸钴和硫以摩尔比为1:(3～4)加入到氧化石墨烯/碳纳米管分散液中，持续搅拌至均匀，得到混合液；其中乙酸钴与石墨烯的质量比为1:(0.2～0.5)；

三、按ZrO₂磨球与混合液的质量比为1:(10～15)的比例，将ZrO₂磨球与混合液装入具有ZrO₂内衬的球磨罐中，充入高纯氩气，最后将球磨罐固定于球磨机里，在球磨机转速为500～700rpm的条件下球磨24～36h，待球磨结束，球磨罐冷却至室温后，得到混合分散液；

四、将宽度与水热釜直径的比为1:(2～4)的泡沫镍依次在去离子丙酮、乙醇和去离子水中超声清洗，用高纯氩气将泡沫镍吹干后，再用等离子体清洗机清洗15～30分钟；

五、将步骤三制得的混合分散液加入到水热釜中，再按葡萄糖与混合分散液的质量比为1:(100～120)加入葡萄糖，并将经步骤四处理后的泡沫镍浸入混合分散液中，在180℃～220℃条件下水热反应48～60小时；反应结束后，将产物用去离子水淋洗，冷冻干燥24～48小时，得到硫化镍/石墨烯/碳纳米管/Co₃S₄三维复合储氢材料。