[发明专利]一种镍钴锰三元金属硫化物中空结构材料及其制备和应用

权利要求书

1.一种镍钴锰三元金属硫化物中空结构材料，其特征在于，所述镍钴锰三元金属硫化物中空结构材料具有内部为空腔的棒状结构，所述棒状结构的壳层由厚度为8～35nm的NiCoMn-S纳米片组成，所述壳层的壁厚为170～250nm，所述棒状结构的长度为1～10μm；所述NiCoMn-S纳米片表面粗糙，覆盖有NiCoMn-S纳米颗粒；所述NiCoMn-S纳米片垂直于所述棒状结构表面；

所述镍钴锰三元金属硫化物中空结构材料的制备方法包括以下步骤：

S1、将2-甲基咪唑溶于超纯水中得到溶液A，将六水合硝酸钴溶于超纯水中得到溶液B；在搅拌状态下，将所述溶液A迅速倒入所述溶液B中，搅拌均匀得到混合液C；将所述混合液C倒入聚四氟乙烯内胆中在70℃条件下保温4h；反应结束后冷却至室温，离心，将所得第一沉淀物先用超纯水离心清洗3次，再用无水乙醇离心清洗3次，真空干燥，得到ZIF-67粉末；

S2、将所述ZIF-67粉末超声分散于无水乙醇和DMF的混合溶液中，得到混合液D；将六水合硝酸镍和四水合氯化锰按照摩尔比1:(0.5～4.4)的比例溶于超纯水中，得到溶液E；将所述混合液D与所述溶液E混合，搅拌均匀得到混合液F；将所述混合液F倒入聚四氟乙烯内胆中在90℃条件下保温2h；反应结束后冷却至室温，离心，将所得第二沉淀物先用超纯水离心清洗3次，再用无水乙醇离心清洗3次，干燥，得到NiCoMn-OH中空结构材料粉体；

S3、将硫代乙酰胺溶于无水乙醇中，得到溶液G；将所述NiCoMn-OH中空结构材料粉体分散到所述溶液G中，搅拌均匀得到混合液H；将所述混合液H倒入聚四氟乙烯内胆中在120℃条件下保温4h；反应结束后冷却至室温，离心，将所得第三沉淀物用无水乙醇离心清洗6次，真空干燥，得到粉体NiCoMn-S中空结构材料；所述混合液H中粉体NiCoMn-OH与硫代乙酰胺的质量比为1:(7.5～12.5)。

2.根据权利要求1所述的镍钴锰三元金属硫化物中空结构材料，其特征在于，步骤S3中，所述溶液G中硫代乙酰胺的浓度为0.080～0.133mol/L。

3.根据权利要求1所述的镍钴锰三元金属硫化物中空结构材料，其特征在于，步骤S1中，所述溶液A中2-甲基咪唑的浓度为0.4mol/L；所述溶液B中六水合硝酸钴的浓度为0.05mol/L。

4.根据权利要求1所述的镍钴锰三元金属硫化物中空结构材料，其特征在于，步骤S1中，所述混合液C中溶液A与溶液B的体积比为1:1。

5.根据权利要求1所述的镍钴锰三元金属硫化物中空结构材料，其特征在于，步骤S2中，所述混合液D中无水乙醇和DMF的体积比为1:1，所述ZIF-67粉末的质量与所述无水乙醇和DMF混合溶剂的体积的比例为2:1；所述溶液E中六水合硝酸镍的摩尔浓度为0.014～0.041mol/L，所述四水合氯化锰的摩尔浓度为0.020～0.061mol/L。

6.根据权利要求1所述的镍钴锰三元金属硫化物中空结构材料，其特征在于，步骤S2中，所述混合液F中粉体ZIF-67的质量与六水合硝酸镍和四水合氯化锰的总质量的比例为1:2；所述混合液D与所述溶液E的体积比为4:1。

7.将权利要求1～6任一项所述的镍钴锰三元金属硫化物中空结构材料用于超级电容器正极材料。