[发明专利]一种棒状核壳结构的钴酸镍/硫化钴镍纳米复合材料、制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明属于材料制备领域，具体涉及一种棒状核壳结构的钴酸镍/硫化钴镍纳米复合材料、制备方法及其应用。

背景技术

超级电容器，又叫做电化学电容器，是一种介于二次电池和传统静电电容器之间的新型储能器件。与其他的化学电源相比，超级电容器具有能量密度大、使用寿命长、充电速度快、工作温度范围广等优点。电极材料是影响电化学电容器性能的核心因素之一，是当前电化学电容器研究的热点。从电极材料的角度来看，电化学电容器采用电极材料主要有:碳基材料、金属氧化物基材料和导电聚合物基材料。从比电容的角度来看，以过渡金属氧化物和硫化物为主的赝电容电极材料的理论电容量要大于以碳材料为主的双电层电容电极材料，因此成为当前超级电容器电极材料研究的重点。

NiCo₂O₄作为一种二元金属氧化物，跟一元金属氧化物相比拥有更丰富的氧化还原特性，因而在超级电容器电极材料方面获得了广泛的关注。NiCo₂S₄跟NiCo₂O₄一样具有丰富的氧化还原特性，同时拥有更好的导电性能，因而作为超级电容器电极材料时具有更优秀的电化学性能。

但是，目前公开的单一的电极材料例如NiCo₂O₄或NiCo₂S₄或复合材料比电容量、能量密度或循环充放电性能等性能不够理想。

发明内容

本发明的目的在于提供一种棒状核壳结构的钴酸镍/硫化钴镍纳米复合材料，NiCo₂O₄纳米棒的外表面生长了NiCo₂S₄纳米片，具有比较大的表面积。

本发明还提供了一种棒状核壳结构的钴酸镍/硫化钴镍纳米复合材料的制备方法，采用气相水热法合成，在高压釜内的气相中进行反应，反应易于控制，利于制备纳米复合材料。

本发明还提供了一种棒状核壳结构的钴酸镍/硫化钴镍纳米复合材料作为超级电容器的应用。

本发明提供的一种棒状核壳结构的钴酸镍/硫化钴镍纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：

1)将钴盐、镍盐和尿素溶于水中制备得到混合溶液，将泡沫镍浸入其中，然后置于高压反应釜内，加热反应，反应结束后冷却，获得前驱体材料；

2)将步骤1)制备的前驱体材料煅烧，得到了负载了NiCo₂O₄纳米棒的泡沫镍片；

3)在高压反应釜中加入含S^2-离子的盐的溶液，将负载了NiCo₂O₄纳米棒的泡沫镍片悬在溶液上方，不与溶液接触，加热反应，反应结束，即得到棒状核壳结构的钴酸镍/硫化钴镍纳米复合材料。

步骤1)中所述钴盐选自硫酸钴，硝酸钴，氯化钴或乙酸钴中的一种或多种，所述镍盐选自硫酸镍，硝酸镍，氯化镍或乙酸镍中的一种或多种。

步骤1)中所述混合溶液中镍盐的浓度为0.01～0.1摩尔/升，钴盐浓度为0.02～0.2摩尔/升，尿素浓度为0.06～0.6摩尔/升。

步骤1)中所述加热反应是在100～140℃下反应4～10小时。

步骤2)中所述的煅烧具体为：在300～400℃下煅烧1～4小时。

步骤3)中将负载了NiCo₂O₄纳米棒的泡沫镍片悬在溶液上方具体为：将负载了NiCo₂O₄纳米棒的泡沫镍片放在特氟隆支架上，置于在高压釜内，悬在溶液上方，不跟溶液接触。

优选的，步骤3)中负载了NiCo₂O₄纳米棒的泡沫镍片悬在溶液上方1厘米处。

步骤3)中所述加热反应是指将高压釜加热至100-120℃，反应2～10小时。

步骤3)中所述含S^2-离子的盐选自硫化钠或硫化钾中的一种或两种。

步骤3)中S^2-离子的浓度为0.021～0.2摩尔/升。

优选的，步骤3)中，在高压反应釜中加入含S^2-离子的盐的溶液，将载有NiCo₂O₄纳米棒的泡沫镍置于特氟隆的支架上，悬在溶液上方，不跟溶液接触，然后加热进行反应，即得到棒状核壳结构的钴酸镍/硫化钴镍纳米复合材料。