[发明专利]一种硫化钴/钴碱式盐纳米复合材料的制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种硫化钴/钴碱式盐纳米复合材料的制备方法及应用。首先，通过水热法制备了钴碱式盐纳米线，然后通过气相水热法将钴碱式盐纳米线转化为分级结构的硫化钴/钴碱式盐纳米复合材料，该分级结构中，硫化钴纳米片负载在钴碱式盐纳米线的表面上，薄的纳米片具有高的比表面积，可提供更多的电化学活性位点用于储存电能，从而获得高的比电容量；纳米线本身除了参与电化学储能外，还能为纳米片提供支撑，防止纳米片的相互团聚而影响电化学性能。因此，本发明公开的硫化钴/钴碱式盐纳米复合材料可用作超级电容器电极材料，其具有优良的电化学性能。

技术领域

本发明涉及一种硫化钴/钴碱式盐纳米复合材料的制备方法及应用，具体涉及一种分级结构的硫化钴/钴碱式盐纳米复合材料的制备方法及其在超级电容器电极材料上的应用。

背景技术

超级电容器通常可以分为双电层电容器(EDLC)和赝电容电容器。EDLC通过在电极/电解质界面的离子吸附储存电荷，而赝电容电容器通过快速的表面氧化还原反应储存电荷。电极材料是决定超级电容器的能量存储性能的主要因素。

碳基材料如活性炭，碳纳米管和石墨烯是典型的EDLC电极材料。过渡金属氧化物(例如RuO_x，MnO₂)、金属氢氧化物、导电聚合物(例如聚苯胺，聚噻吩)和金属硫化物(例如Co₈S₉，NiS)是赝电容电极材料，目前超级电容器的能量密度仍然不能满足实际应用的要求，因此仍需要大量的努力来提高超级电容器电极材料的电容性能。

单一结构的纳米材料，例如纳米片、纳米棒、纳米管等作为超级电容器电极材料的比电容量往往不够理想。近来，构建分级结构的纳米材料被认为是一种开发高性能超级电容器电极材料的有效策略，在已报道的分级结构纳米材料中，超薄的纳米片生长在纳米线或其他较大尺寸的载体上，超薄纳米片具有高比表面积，可以提供更多的电化学储能活性位点。因此，这些分级结构纳米材料能获得优异的电化学性能。

发明内容

本发明提供了一种硫化钴/钴碱式盐纳米复合材料的制备方法，首先，通过水热法制备了钴碱式盐纳米线，然后通过气相水热法将钴碱式盐纳米线转化为分级结构的硫化钴/钴碱式盐纳米复合材料。该分级结构的硫化钴/钴碱式盐纳米复合材料是由钴碱式盐纳米线的表面上负载硫化钴纳米片所构成。

本发明还提供了硫化钴/钴碱式盐纳米复合材料在超级电容器上的应用。

本发明采取的技术方案为：

一种硫化钴/钴碱式盐纳米复合材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

A、将钴盐和尿素溶于水中制备混合溶液，95～140℃水热反应2～8小时，冷却、洗涤、干燥后制得前驱物；

B、将步骤A制得的前驱物放于支架上，架于含S^2-离子的盐溶液上方，100～160℃下水热反应2～10小时，冷却后即制得硫化钴/钴碱式盐纳米复合材料。

还可以在步骤A中加入泡沫镍作为支撑材料；则硫化钴/钴碱式盐纳米复合材料可生长在支撑材料上。

所述硫化钴/钴碱式盐纳米复合材料为分级结构，所述分级结构由钴碱式盐纳米线的表面上负载硫化钴纳米片所构成。薄的纳米片具有高的比表面积，可提供更多的电化学活性位点用于储存电能，从而获得高的比电容量；纳米线本身除了参与电化学储能外，还能为纳米片提供支撑，防止纳米片的相互团聚而影响电化学性能。

所述钴盐和尿素的摩尔浓度之比为(0.02～0.1)：(0.08～0.4)。

所述步骤B中，含S^2-离子的盐溶液的浓度为0.02～0.2摩尔/升。

所述钴盐为硫酸钴、硝酸钴、氯化钴中的一种或几种。