[发明专利]一种碳纤维布负载纳米针状镍钴双金属硒化物晶体阵列薄膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种碳纤维布负载纳米针状镍钴双金属硒化物晶体阵列薄膜及其制备方法。制备方法主要包括以下步骤：首先以可溶性镍盐、可溶性钴盐、硒粉作为原料活性炭纤维布作为基底，通过水热法制备纳米针状镍钴双金属硒化物薄膜前驱体，然后在惰性气体的保护下对前驱体进行热处理，得到纳米针状镍钴双金属硒化物晶体阵列薄膜。本发明公开的针状晶体阵列薄膜，制备方法具有工艺简单和易于操作的特点；镍钴双金属硒化物晶体薄膜通过低维阵列的端点与活性炭纤维布直接结合，有利于增加活性位点、提高材料的导电性和稳定性。纳米针状镍钴双金属硒化物晶体阵列薄膜在储能和催化等领域有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及化合物半导体薄膜，具体涉及一种碳纤维布负载纳米针状镍钴双金属硒化物晶体阵列薄膜及其制备方法。

背景技术

纳米硒化物是一类性能优良的半导体材料，在光学、电磁学、光电子学、非线性光学、非线性热学、生物医学等功能材料领域具有广阔的应用前景。作为非化学计量数配比的过渡金属硒化物，M_xSe(M＝Ni,Co,Mn)具有特殊的电子构型，丰富的不饱和键以及室温下稳定的物相，显示出大量的电化学活性位点和高速电荷转移通道，成为潜在的储能和催化材料。

目前过渡金属硒化物多以粉体材料为主。Zhao等采用简单的两步溶剂热法，制备了一种硒化镍钴纳米颗粒作为水分解时的电催化剂。这种价廉易制的电催化剂在电流密度为10mV/cm²时表现出优异的OER活性，在计时安培法测试下，电催化剂还表现出优异的耐久性，可持续10小时。[NiCo-selenide as a novel catalyst for water oxidation[J].Journal of Materials Science,2016,51(8):3724-3734.]

但是纳米粉体在制备、分离、处理及存放过程中会出现团聚现象，这导致纳米粉体材料性能下降。将纳米颗粒制成低维阵列材料是解决团聚问题的一种有效途径。因此研究人员开始关注过渡金属硒化物薄膜材料的开发。Gong等以泡沫镍为基底，采用水热法在其表面合成高性能Ni_0.85Se电极材料，1A/g充放电条件下，比容量最高可达1115F/g，1000次循环充放电后，比电容仅下降8.3％。[Gong C,Huang M,Zhang J,et al.Facile synthesisof Ni0.85Se on Ni foam for high-performance asymmetric capacitor[J].RscAdvances,2015,5(99):81474-81481.]。Abhik Banerjee在导电碳纤维纸上等合成具有致密自织的Co_0.85Se中空纳米线，面积比电容值为929.5mF/c和600mF/cm²，保持率达到60％[Abhik,Banerjee,Sumit,et al.Hollow Co0.85Se Nanowire Array on Carbon FiberPaper for High Rate Pseudocapacitor[J].ACS Applied MaterialsInterfaces,2014,6(21):18844-18852.]。

与单金属硒化物相比，含有两种或两种以上过渡金属的硒化物表现出更好的电化学性能。Chen等通过水热反应制备出不同Ni/Co比的NiSe-CoSe纳米颗粒，在电流密度1A/g时其比电容能达到584F/g，在20A/g的电流密度下，其容量仍能保持在77.3％左右。

目前，具有低维阵列结构的双过渡金属硒化物晶体薄膜的研究报道较为少见。在基底材料表面直接生长低维阵列结构，省去了传统电极制备过程中的混浆、涂布工艺步骤，也避免了粘结剂和导电剂的使用。低维阵列结构薄膜为离子以及电子提供了一个高速传导的通道；同时纳米阵列之间的空隙为充放电过程中的体积变化提供了充足的空间，一方面有利于保持结构的稳定性，另一方面也有助于电解液的充分浸润，提高活性物质的利用率。多方面因素使双过渡金属硒化物晶体薄膜材料比传统材料具有更好的电化学性能。

发明内容