[发明专利]一种中空结构的Ni-Co-S纳米多面体材料及其制备与应用

说明书

本发明公开了一种中空结构的Ni‑Co‑S纳米多面体材料及其制备与应用，其中所述制备包括以ZIF‑67的Ni‑Co双金属氢氧化物的前驱体为原料，经硫化制得中空结构的Ni‑Co‑S纳米多面体的过程，其制备成本低、可简单便捷的制备出中空结构的Ni‑Co‑S纳米多面体。所得中空结构的Ni‑Co‑S纳米多面体材料具有良好的导电性及比电容保持率，特别适于用作自支撑电极材料。

技术领域

本发明涉及纳米材料的技术领域，特别涉及Ni-Co-S纳米材料的技术领域。

背景技术

由于日益严重的环境污染和持续的能源消耗，可再生能源和可再生储能技术对社会发展和人们的生产生活越来越重要。电化学储能技术是一种较为清洁的储能方式。在过去的几十年，由于较高的能量密度、良好的循环稳定性和较低的自放电等特点，锂离子电池能够满足大范围的应用。然而，有限的锂资源、高成本、安全性差和对环境的影响阻碍了锂离子电池的大规模应用。越来越多的研究者致力于寻找可以替代锂离子电池的绿色、安全、成本低和性能好的二次电池。水系锌离子电池使用水溶液作为电解液，具有导电性高、安全不易燃、制备相对简单的特点，近年来引起人们的关注。由于锌的元素丰度高、价格低、理论密度高达825mAh/g和较低的氧化还原电位(-0.763V)，被认为有望取代锂离子电池。目前，基于ZnSO₄电解液的弱酸性水系锌离子电池有三种主要的正极材料，普鲁士蓝类似物，包括CuHCF、ZnHCF,二氧化锰的多晶型物，包括α-MnO₂、l-MnO₂、g-MnO₂等，五氧化二钒及其衍生物，但其中普鲁士蓝材料容量低，锰基材料和钒基材料在水系中易溶解，均不能用作优异的水系电极材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有特殊结构的Ni-Co-S纳米材料，其具有优异的电导率和电容量，能在水系条件下长期保持性能的稳定。

本发明的目的还在于提供该纳米材料的制备和应用方法。

本发明首先提供了如下的技术方案：

一种中空结构的Ni-Co-S纳米多面体材料的制备方法，包括：

将具有菱形十二面体结构的二甲基咪唑钴盐(ZIF-67)溶于醇溶剂中，获得二甲基咪唑钴盐醇溶液；

将硝酸镍溶于乙醇中，获得硝酸镍醇溶液；

将所述二甲基咪唑钴盐醇溶液加入所述硝酸镍醇溶液中进行混合反应，获得镍钴基双金属层状氢氧化物；

将所述镍钴基双金属层状氢氧化物与硫粉在惰性氛围下，于240-260℃退火1～2个小时，得到所述Ni-Co-S纳米材料。

根据本发明的一些优选实施方式，所述退火的降温速率为1℃/min。

根据本发明的一些优选实施方式，所述二甲基咪唑钴盐醇溶液的浓度为0.005～0.01g/ml。

更优选的，所述二甲基咪唑钴盐醇溶液的浓度为0.076g/ml。

根据本发明的一些优选实施方式，所述硝酸镍醇溶液的浓度为0.001～0.005g/ml。

更优选，所述硝酸镍醇溶液的浓度为0.003g/ml。

根据本发明的一些优选实施方式，所述镍钴基双金属层状氢氧化物与所述硫粉的质量比为1:2。

根据本发明的一些优选实施方式，所述混合反应为1-2h的常温混合反应。

根据本发明的一些优选实施方式，在所述混合反应后经静置、固液分离、洗涤、真空干燥，获得所述镍钴基双金属层状氢氧化物。

根据本发明的一些优选实施方式，所述静置的时间为1-2h。

根据本发明的一些优选实施方式，所述真空干燥的温度为60℃。