碳纳米纤维@氢氧化镍氧化镍硫化镍三元异质复合材料的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种碳纳米纤维@氢氧化镍氧化镍硫化镍三元异质复合材料的制备方法，包括以下步骤：将镍盐与高分子聚合物溶液混合制备得到纺丝液，经静电纺丝得到纳米纤维，并进行预氧化和热处理，在其表面生长氢氧化镍，随后在惰性气体氛围下升温至230

【技术实现步骤摘要】
碳纳米纤维@氢氧化镍氧化镍硫化镍三元异质复合材料的制备方法


[0001]本专利技术涉及高比电容材料制备
，尤其涉及一种碳纳米纤维@氢氧化镍氧化镍硫化镍三元异质复合材料的制备方法。

技术介绍

[0002]如今，越来越多的人们关注用于清洁高效能源存储的各种电源设备，例如，锂离子电池、超级电容、燃料电池。其中，超级电容器凭借其高功率密度，快速充放电能力和长寿命受到许多研究者的青睐。超级电容器电极材料根据储能机理分类，主要可分为双电层电容和赝电容两大类，但是，由于传统双电层电容器的能量密度相对较低，限制了它们作为电源的应用。因此，最近的研究主要集中在赝电容电极材料，如RuO2、NiO、MnO2等。它们显示出高比电容和能量密度，这主要归因于法拉第氧化还原反应。然而，它们较差的电导率导致了较慢的电子传输速率，另一方面活性物质的可用性较低，进一步损害了它们的电化学性能。为了解决上述问题，研究人员将高赝电容的材料直接掺入导电碳材料中，例如，活性炭、中孔碳、碳纳米管或石墨烯等，这些。但在引入氧化镍时，通常采用将镍/碳材料在含氧气的环境下进行氧化处理的方式，这会导致氧气与碳材料发生反应，使碳基底减少，使材料的导电性和循环稳定性变差。如果碳材料是纤维状材料，氧化处理会使材料断裂坍塌，复合材料中碳基底变少，其他赝电容材料变多使得电阻增大。因此，仍需寻找一种新的复合导电碳材料和赝电容材料的方法。

技术实现思路

[0003]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种碳纳米纤维@氢氧化镍氧化镍硫化镍三元异质复合材料的制备方法，Ni(OH)2、NiO和NiS与碳纳米纤维组成的核壳结构可以优势互补，在提升导电性的同时，三元异质结构还能更好的提高材料的比电容。
[0004]本专利技术的第一个目的是提供一种碳纳米纤维@氢氧化镍氧化镍硫化镍三元异质复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0005]S1、将镍盐与高分子聚合物溶液混合制备得到纺丝液，经静电纺丝得到纳米纤维，并进行预氧化；
[0006]S2、将步骤S1得到的预氧化纳米纤维在惰性气体氛围下热处理，得到镍基碳纳米纤维；
[0007]S3、在步骤S2得到的镍基碳纳米纤维表面生长氢氧化镍，随后在惰性气体氛围下升温至230
‑
270℃煅烧；
[0008]S4、在步骤S3得到的复合材料表面生长硫化镍，得到所述碳纳米纤维@氢氧化镍氧化镍硫化镍三元异质复合材料。
[0009]进一步地，在步骤S1中，所述的预氧化为在空气氛围下于200
‑
300℃保温1
‑
3h。
[0010]进一步地，在步骤S1中，所述的镍盐包括但不限于镍的醋酸盐、硝酸盐、盐酸盐等。
[0011]进一步地，在步骤S1中，所述的高分子聚合物包括但不限于聚丙烯腈、聚酰亚胺PI、聚乙烯吡咯烷酮PVP、酚醛树脂等。
[0012]进一步地，在步骤S1中，静电纺丝设置为：纺丝电压15
‑
25kV，纺丝液挤出速度为1
‑
3mL/h，接受距离为15
‑
30cm。
[0013]进一步地，在步骤S1中，静电纺丝环境温度为20
‑
30℃，湿度为40
‑
60％。
[0014]进一步地，在步骤S2中，所述的热处理为在700
‑
900℃下保温1
‑
3h。
[0015]进一步地，在步骤S3中，于230
‑
270℃下煅烧30
‑
90min。
[0016]进一步地，在步骤S3中，通过水热法在镍基碳纳米纤维表面生长氢氧化镍。具体地，将镍盐和沉淀剂(如尿素、氨水等)与镍基碳纳米纤维混合，在100
‑
200℃下保持一定时间。
[0017]进一步地，在步骤S4中，通过水热法在步骤S3得到的复合材料表面生长硫化镍。具体地，将硫脲和镍盐与复合材料混合，在180
‑
250℃下保持一定时间。
[0018]本专利技术中，将表面生长氢氧化镍的镍基碳纳米纤维在惰性气体氛围下升温至230
‑
270℃，并保温40
‑
80min，可将一部分Ni(OH)2转化为NiO，在碳纳米纤维上同时存在NiO和Ni(OH)2物相，NiO的形成并非由Ni氧化而来，不需要氧气环境，解决了生成NiO时复合材料中碳基底不稳定的问题，同时，氧化镍和氢氧化镍物相共存使得该复合材料制备的电极稳定性大幅提高。随后在其上生长NiS，氢氧化镍、氧化镍、硫化镍三者的异质结构结合能够获得更丰富的氧化还原活性位点，提高材料的带电性能，而且，与其他金属硫化物相比，可能由于NiS具有更宽的晶格距离和更低的带隙，这些区别会影响电子转移速率，从而使表面生长NiS制备的复合材料具有更快和可逆的氧化还原反应、更低的电荷转移电阻和更高的电导率。
[0019]本专利技术的第二个目的是提供一种由上述制备方法得到的碳纳米纤维@氢氧化镍氧化镍硫化镍三元异质复合材料。
[0020]本专利技术的第三个目的是提供上述碳纳米纤维@氢氧化镍氧化镍硫化镍三元异质复合材料在储能领域的应用，如用于制备电极。
[0021]借由上述方案，本专利技术至少具有以下优点：
[0022]本专利技术提供了一种三元异质碳纳米纤维@氢氧化镍/氧化镍/硫化镍核壳结构的制备方法，首先在碳纳米纤维表面生长氢氧化镍，然后在惰性气体氛围中煅烧材料，通过控制煅烧温度和煅烧时间获得了氢氧化镍/氧化镍共存生长在碳纳米纤维上的材料。然后进一步获得了含有氢氧化镍/氧化镍/硫化镍的电极材料。氢氧化镍/氧化镍/硫化镍这种三元共存的异质结构提高了材料的电化学性能，在1A/g的电流密度下比电容最高可达1245F g
‑1。
[0023]上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本专利技术的较佳实施例并配合详细附图说明如后。
附图说明
[0024]为了使本专利技术的内容更容易被清楚的理解，下面根据本专利技术的具体实施例并结合附图，对本专利技术作进一步详细的说明。
[0025]图1为实施例1制备的Ni/CNFs@Ni(OH)2/NiO
‑
X的SEM图，其中，A中X＝200℃，B中X＝250℃，C中X＝300℃；
[0026]图2为实施例1中不同温度下制备的Ni/CNFs@Ni(OH)2/NiO
‑
X的XRD图；
[0027]图3为实施例1制备的Ni/CNFs@Ni(OH)2/NiO/NiS的SEM图；
[0028]图4为实施例1制备的Ni/CNFs@Ni(OH)2/NiO/NiS的XRD图；
[0029]图5为在200、250、300℃下煅烧表面生长Ni(OH)2材料得到的材料电化学性能图；
[0030]图6为实施例1制备的Ni/CNFs@Ni(OH)2/NiO/NiS的电化学性能图；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳纳米纤维@氢氧化镍氧化镍硫化镍三元异质复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将镍盐与高分子聚合物溶液混合制备得到纺丝液，经静电纺丝得到纳米纤维，并进行预氧化；S2、将步骤S1得到的预氧化纳米纤维在惰性气体氛围下热处理，得到镍基碳纳米纤维；S3、在步骤S2得到的镍基碳纳米纤维表面生长氢氧化镍，随后在惰性气体氛围下升温至230
‑
270℃煅烧；S4、在步骤S3得到的复合材料表面生长硫化镍，得到所述碳纳米纤维@氢氧化镍氧化镍硫化镍三元异质复合材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：在步骤S1中，所述的预氧化为在空气氛围下于200
‑
300℃保温1
‑
3h。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：在步骤S2中，所述的热处理为在700
‑
900℃下保温1
‑
3h。4.根据权利要求1所述的制备...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐岚，樊培志，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：