[发明专利]一种水热-电沉积法制备亚硒酸盐-硫化物复合纳米材料的方法及其应用

说明书

本发明提供了一种亚硒酸盐‑硫化物纳米复合材料的制备方法。通过水热法在镀镍碳布原位生长亚硒酸镍，进而通过电沉积在其表面生长过渡金属硫化物。亚硒酸盐作为超级电容器正极材料的增强相，一方面提升复合材料的导电性，另一方面释放出硒酸根，与硫化物释放出的硫酸根同时吸附在材料表面，促进电化学过程中的氧化还原动力学。所制备的亚硒酸盐‑硫化物复合纳米电极材料表现出优异的超级电容器性能，在电流密度为1A g^‑1时，其比容量为3509F g^‑1。与商用活性炭组成的不对称超级电容器在844W kg^‑1的功率密度下达到了141Wh kg^‑1的高能量密度。该超级电容器具有良好的循环稳定性，在5A g^‑1条件下，经过25000次循环后，容量保持率为100.2%。

技术领域

本发明属于电化学储能器件领域，特别涉及一种水热-电沉积法制备的亚硒酸盐-硫化物复合纳米材料的方法，以及在超级电容器方面的应用研究。

背景技术

能源的短缺推动了电化学储能设备的发展。其中，超级电容器由于其较长的循环寿命、快速的充电和放电、高的功率密度而受到广泛关注。然而，较低的能量密度限制了它们在实际应用层面的进一步发展。非对称超级电容器是弥合电容器和电池之间差距的有效途径，通过提高电池电压和增强电极材料的比容量，可以有效提高非对称超级电容器中用于实际应用的能量密度。非对称超级电容器的性能与电极材料的性能直接相关。因此，设计一种具有高容量和长循环寿命的阴极材料已成为人们关注的焦点。

过渡金属化合物具有很高的理论容量，被认为是一种极有前途的超级电容器的正极材料。过渡金属正极材料在碱性电解质中的性能受限于两个方面。第一个是材料的导电性。第二个是在电化学过程中的氧化还原反应动力学。因此，在构建合理的正极材料结构时应考虑这两个方面。

本发明基于过渡金属硫化物作为主要的活性材料。采用一种简单的水热-电沉积法制备亚硒酸盐-硫化物复合纳米材料，构建了亚硒酸盐和硫化物的异质结构，显著提高了材料的导电性，并在电化学反应过程中提供额外的导电途径。亚硒酸盐-硫化物复合纳米材料在电化学过程中释放出的硫酸根和硒酸根基团在材料表面的吸附促进了氢氧根的解吸，增强了材料的电极反应活性。这种复合材料的超级电容器性能得到了明显的改善，具有高比容量、优异的倍率性能和长循环稳定性。

发明内容

本发明的所要解决的技术问题是通过引入亚硒酸盐为电化学性能增强相，利用一种水热-电沉积法合成亚硒酸盐-硫化物复合纳米材料。最终，将其用作超级电容器的电极材料，研究其电化学性能。

为了解决上述的技术问题，本发明采用的技术方案是：

取硫酸镍、硼酸溶解于去离子水中，将碳布清洁干净后，作为工作电极在上述溶液中进行电化学沉积，之后取出样品烘干，获得镀镍碳布。将镀镍碳布放置于亚硒酸、碳酸氢钠、硫酸镍和氨水的混合溶液中，对其加热并冷却至室温，取出样品并清洁烘干，得到原位生长亚硒酸镍的镀镍碳布。将样品作为工作电极，硝酸钴、硝酸镍、氯化锰、硫代乙酰胺、氯化钾的混合溶液作为电解液，进行电化学沉积。最后用去离子水冲洗多次，洗掉多余的杂质和无机盐，放入真空烘箱中干燥。最终将得到亚硒酸盐-硫化物复合纳米材料，用作为超级电容器的电极材料。

⑴与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：通过构建亚硒酸盐-硫化物复合纳米结构，两相之间存在明显的界面相互作用，有利于电子的定向传导，显著增强了材料的导电性。

⑵亚硒酸盐-硫化物复合纳米结构在充放电过程中转变为过渡金属氢氧化物继续发生电化学反应，而释放出来的硫酸根和硒酸根在过渡金属氢氧化物表面发生吸附，有利于氢氧根的吸附和质子氢的脱去，增强了材料的氧化还原反应动力学。

⑶水热-电沉积法合成亚硒酸盐-硫化物复合纳米材料表现出高的比电容和高的能量密度，并且具有长的循环寿命。这为非对称电容器在储能领域的应用开辟了新的路线。

附图说明