【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于新能源材料，特别是涉及一种核壳结构碳包覆金属硫化物及其制备方法和应用。
技术介绍
1、超级电容器(sc)是一种电化学储能(ees)系统，因其充放电速度快、功率密度大、循环寿命长、安全性高和成本低而备受关注。在过去的几十年里，商用超级电容器取得了显著的进步，具有相对较高的功率密度。但与电池或其他储能装置相比，其能量密度较低，这严格限制了其实际应用。因此，研究人员在不降低功率密度的前提下，对高能量密度超级电容器进行了大量的研究。虽然edlcs电极在相对较高的电导率和良好的循环稳定性下具有固有的优势，但由于电极不能提供表面位点，其比电容通常限制在300-550f·g-1，这限制了它们的综合应用。
2、过渡金属基材料由于具有可逆的法拉第反应，被认为是具有良好理论比容量的电极材料。到目前为止，过渡金属硫化物(tms)，如cos、mns、fes2和nis表现出较好的能量密度、长循环性能和独特的物理或化学性质。在硫化物材料中，镍基硫化物具有理论比容量高、价格低廉、价态丰富、易合成和环保等优点，是一种理想的混合超级电容器储能电极材料。然而，硫化镍由于在循环期间巨大的体积或结构变化和固有的低电导率而面临着最大的挑战，这最终导致缓慢的离子扩散动力学和快速的容量退化。因此，迫切需要找到一种有效的方法来抑制材料的体积膨胀，同时提高材料的导电性。金属有机骨架化合物(mof)是一种新兴的多孔材料，其是由金属中心离子和有机配体组成的规则有序的无机-有机杂化聚合物。mof已经广泛应用于各个领域，特别是电化学储能。mof因其表面积大、结
3、其中一种策略是引入导电性好的组分形成混合的多组分材料，目前的研究也集中在碳基和镍基硫化物材料的复合上。杂化不仅有利于促进电子传输，而且充分发挥了单组分的优势。而且研究表明添加碳材料可以提高导电性和比表面积。目前，对nisx/碳复合材料的研究主要集中在nisx/石墨烯、nisx/碳纳米管等方面，石墨烯或碳纳米管的引入可以改善电极材料的电化学性能，如速率性能和循环稳定性。然而，在水系电化学反应期间，由于碳和赝电容器材料的不同极性，nisx很容易从碳基底分离。因此，设计和开发能够在具有不同极性的材料之间形成稳定且紧密的界面结合的新策略势在必行。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种核壳结构碳包覆金属硫化物及其制备方法和应用，nis/nis2@c纳米颗粒聚集形成核壳结构，并制备出nis/nis2@c//pac混合超级电容器用于储能，解决了现有的上述
技术介绍
中的问题。
2、为解决上述技术问题，本专利技术是通过以下技术方案实现的：
3、本专利技术为一种核壳结构碳包覆金属硫化物，所述复合材料为核壳结构，所述复合材料的内核与外壳均为碳包覆的nis/nis2纳米颗粒结构；
4、所述核壳结构碳包覆金属硫化物复合材料的制备方法，主要包括如下步骤：
5、步骤1、将镍盐和3，3’，5，5’-偶氮苯四甲酸(h4abtc)溶解在由n，n-二甲基乙酰胺、水和浓盐酸组成的水溶液中，搅拌均匀后制得混合溶液a，其中，所述镍盐为硫酸镍、硝酸镍和氯化镍中的一种或多种；
6、步骤2、将混合溶液a转移到不锈钢反应釜中，再将不锈钢反应釜置于烘箱中保温2-5d，经过滤获得黄色粉末后用乙醇洗涤3-4次，在真空环境中干燥获得中间产物ni-soc-mof；
7、步骤3、将硫代乙酰胺和ni-soc-mof分散到乙醇中并搅拌均匀获得混合溶液b，再将混合溶液b置于不锈钢反应釜中进行高温反应，经过滤后先进行乙醇洗涤再进行水洗获得固体产物；
8、步骤4、将获得的固体产物置于500℃的氩气环境中进行高温热解反应，制得核壳结构碳包覆金属硫化物复合材料nis/nis2@c。
9、优选地，所述步骤1的具体方法为：将镍盐和3，3’，5，5’-偶氮苯四甲酸(h4abtc)溶解在由12-15ml n，n-二甲基乙酰胺、3-6ml去离子水和200-400ul浓盐酸组成的水溶液中，搅拌均匀后制得混合溶液a；其中，所述镍盐与3，3’，5，5’-偶氮苯四甲酸的摩尔比为6:1。
10、优选地，所述步骤2的具体方法为：将混合溶液a转移到50ml不锈钢反应釜中，再将不锈钢反应釜置于烘箱中，在120-160℃温度下保温2-5d，经过滤获得黄色粉末后用乙醇洗涤3-4次，在真空环境中干燥过夜获得中间产物ni-soc-mof。
11、优选地，所述步骤3的具体方法为：将200mg硫代乙酰胺和ni-soc-mof分散到40ml乙醇中并连续搅拌20min获得混合溶液b，再将混合溶液b置于100ml不锈钢反应釜中进行高温反应，反应温度为200℃，反应时间为2-5h，经过滤后先进行乙醇洗涤再进行水洗获得固体产物。
12、优选地，所述ni-soc-mof的结构由3，3’，5，5’-偶氮苯四甲酸和镍离子组成；所述ni-soc-mof具体结构为以氧为中心的羧酸、镍三核金属簇通过配体连接在一起形成的三维框架，包括两种互连通道和一个粒径小于1nm的纳米级中心笼。
13、优选地，本专利技术还包括一种核壳结构碳包覆金属硫化物在超级电容器中的应用，具体过程为：
14、以nis/nis2@c为正电极、以pt为对电极，以ag/agcl作为参比电极组成三电极体系，以2m koh溶液作为电解液，在电流密度为1a·g-1时，其比电容为1082f·g-1；
15、以nis/nis2@c为正电极、pac为负电极制备非对称超级电容器器件nis/nis2@c//pac hsc，nis/nis2@c与pac的质量比为1:3.6-1:3.7，在三电极系统中nis/nis2@c纳米颗粒和pac的电位窗口分别为0-0.6v和-1.0-0v，在0-1.6v的电位范围内进行非对称超级电容器的cv特性测量，非对称超级电容器在800w·kg-1的功率密度下具有56.5wh·kg-1的能量密度，在8000w·kg-1的高功率密度下仍然保持35.6wh·kg-1的能量密度，在1a·g-1的电流密度下5000次充放电循环后比电容保持率仍高达90％。
16、本专利技术具有以下有益效果：
17、1、本专利技术中的核壳结构nis/nis2@c复合材料，其外部的碳骨架结构可以显著该复合材料的机械强度，其内部孔隙可以有效降低该复合材料循环使用过程中的体积膨胀，同时由微结构构建的有序框架可有效防止纳米颗粒的聚集。
18、2、本专利技术通过碳和nisx纳米颗粒之间的紧密连接加速了更多活性位点的形成并提高了电子传输效率，同时适当的多孔结构和大的比表面积允许电解质离子的快速传输和扩散。
19、3、本专利技术制备的nis/nis2@c表现出在1a/g下具有1082a·g-1的高比容量，并且在5000次循环后容量保持率保持在85.6％，组装的nis/nis2@c//pac hsc在8本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种核壳结构碳包覆金属硫化物复合材料，其特征在于，所述复合材料为核壳结构，所述复合材料的内核与外壳均为碳包覆的NiS/NiS2纳米颗粒结构；
2.根据权利要求1所述的一种核壳结构碳包覆金属硫化物，其特征在于，所述步骤1的具体方法为：将镍盐和3，3’，5，5’-偶氮苯四甲酸(H4ABTC)溶解在由12-15ml N，N-二甲基乙酰胺、3-6ml去离子水和200-400ul浓盐酸组成的水溶液中，搅拌均匀后制得混合溶液A；其中，所述镍盐与3，3’，5，5’-偶氮苯四甲酸的摩尔比为6:1。
3.根据权利要求1所述的一种核壳结构碳包覆金属硫化物，其特征在于，所述步骤2的具体方法为：将混合溶液A转移到50ml不锈钢反应釜中，再将不锈钢反应釜置于烘箱中，在120-160℃温度下保温2-5d，经过滤获得黄色粉末后用乙醇洗涤3-4次，在真空环境中干燥过夜获得中间产物Ni-soc-MOF。
4.根据权利要求1所述的一种核壳结构碳包覆金属硫化物，其特征在于，所述步骤3的具体方法为：将200mg硫代乙酰胺和Ni-soc-MOF分散到40ml乙醇中并连续搅拌20mi
5.根据权利要求1或3所述的一种核壳结构碳包覆金属硫化物，其特征在于，所述Ni-soc-MOF的结构由3，3’，5，5’-偶氮苯四甲酸和镍离子组成；所述Ni-soc-MOF具体结构为以氧为中心的羧酸、镍三核金属簇通过配体连接在一起形成的三维框架，包括两种互连通道和一个粒径小于1nm的纳米级中心笼。
6.根据权利要求1或2所述的一种核壳结构碳包覆金属硫化物，其特征在于，所述镍盐为硫酸镍、硝酸镍和氯化镍中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的一种核壳结构碳包覆金属硫化物在超级电容器中的应用，其特征在于，具体过程为：
...【技术特征摘要】
1.一种核壳结构碳包覆金属硫化物复合材料，其特征在于，所述复合材料为核壳结构，所述复合材料的内核与外壳均为碳包覆的nis/nis2纳米颗粒结构；
2.根据权利要求1所述的一种核壳结构碳包覆金属硫化物，其特征在于，所述步骤1的具体方法为：将镍盐和3，3’，5，5’-偶氮苯四甲酸(h4abtc)溶解在由12-15ml n，n-二甲基乙酰胺、3-6ml去离子水和200-400ul浓盐酸组成的水溶液中，搅拌均匀后制得混合溶液a；其中，所述镍盐与3，3’，5，5’-偶氮苯四甲酸的摩尔比为6:1。
3.根据权利要求1所述的一种核壳结构碳包覆金属硫化物，其特征在于，所述步骤2的具体方法为：将混合溶液a转移到50ml不锈钢反应釜中，再将不锈钢反应釜置于烘箱中，在120-160℃温度下保温2-5d，经过滤获得黄色粉末后用乙醇洗涤3-4次，在真空环境中干燥过夜获得中间产物ni-soc-mof。
4.根据权利要求1所述的一种核壳结...
【专利技术属性】
技术研发人员：罗家还，王晶，刘超，朱悦，蒋铭，牛永生，
申请(专利权)人：安阳工学院，
类型：发明
国别省市：
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