[发明专利]一种金属基底上原位生长的Ni3S2包覆MMoO4复合材料及其应用

说明书

技术领域

本发明属于超级电容器电极材料技术领域，具体涉及一种金属基底上生长的Ni₃S₂包覆的MMoO₄(M＝Ni，Co或Mn)复合材料及其在超级电容器电极材料方面的应用。

背景技术

随着全世界现代化和自动化程度的不断进步，促使对能源的需求量也越来越大。然而，传统的化石能源有逐步消耗殆尽的趋势。因此，对可持续和可再生资源的开发和利用是人类可持续发展的有效途径。随着新能源交通工具如电动汽车、航空航天以及便捷式电子设备等领域的快速发展，开发同时具有高能量密度和功率密度的新型化学电源已成为当前人们必须面临和解决的问题之一。超级电容器,也被称为电化学电容器，是一种介于电池和传统电容器之间的新型储能元件，因其兼备高于电池的功率密度和高于传统静电电容器的能量密度的优点，同时还具有长的充放电寿命、宽的工作温度范围以及对环境友好等特点，被认为是本世纪最具潜力的新型绿色能源之一。

超级电容器的电极材料是决定超级电容器电化学性能的主要因素，MMoO₄因其具有优良的电化学性能和价廉低毒等特性备受关注，而其电子导电性较差；Ni₃S₂在自然界以矿物形式大量存在而且具有良好的导电性，但是该材料的电化学稳定性较差，因此，这些材料在电容器中的应用受到极大限制。在中国发明专利CN103779105A和CN103811189A中分别将钼酸镍和钼酸钴分别与石墨烯进行复合获得了较好的电化学性能。另外，发明专利CN104240971A公布的碳包覆Ni₃S₂/石墨烯复合材料，促使Ni₃S₂材料的循环稳定性有了明显的提高。因此为了克服MMoO₄和Ni₃S₂材料的缺点，本发明将MMoO₄生长在了金属的基底上，可以极大程度的提高材料电子导电性和比表面积，另外，将Ni₃S₂原位生长包覆在MMoO₄的表面，更进一步提高了MMoO₄的电子导电性，同时也提高了Ni₃S₂的循环稳定性，最终获得的MMoO₄Ni₃S₂复合材料将表现出了更加优异的电化学性能。到目前为止，没有文献报道在金属基底上生长MMoO₄Ni₃S₂的复合材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种金属基底上原位生长Ni₃S₂包覆的MMoO₄纳米棒阵列复合材料，该材料具有较高的比电容，良好的循环稳定性和倍率性能，它能够在超级电容器领域中得到更加广泛的应用。

本发明所述的一种金属基底上原位生长的Ni₃S₂包覆MMoO₄纳米棒阵列复合材料，其由如下步骤制备得到：

(1)将金属基底依次用2～6molL^-1的盐酸、丙酮、蒸馏水超声清洗，用以除去表面的氧化物层和油污；

(2)称取0.5～2mmolM盐(M＝Ni，Co或Mn)，溶于20～50mL去离子水中，搅拌10～20min后缓慢加入0.5～2mmol钼源，搅拌1～2h，形成A溶液；将A溶液转移至聚四氟乙烯内衬的反应釜中，然后将清洗干净的金属基底浸入到该溶液中，在自生压力下，水热晶化，待反应结束后自然冷却至室温；将得到的金属基底用去离子水和乙醇分别洗涤多次，干燥后在空气中进行焙烧，从而在金属基底上生长有MMoO₄纳米棒阵列；

(3)将0.5～2mmol镍源溶解于20～50mL去离子水中，搅拌10～20min后加入0.5～4mmol硫源，搅拌2～4h，形成B溶液；将B溶液转移至聚四氟乙烯内衬的反应釜中，然后将步骤(2)得到的生长有MMoO₄纳米棒阵列的金属基底浸入到该溶液中，在自生压力下，水热晶化，待反应结束后自然冷却至室温；将得到的金属基底用去离子水和乙醇分别洗涤多次，干燥后得到金属基底上生长的Ni₃S₂包覆的MMoO₄纳米棒阵列复合材料。