[发明专利]一种铝掺杂硫化镍纳米花材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电化学储能器件技术领域，更具体地，涉及一种铝掺杂硫化镍纳米花材料的制备方法。

背景技术

近几年新兴的超级电容器是一种基于电极/溶液界面电化学过程、介于传统电容器和电池之间的新型储能器件。目前，对超级电容器的研究主要集中在高性能电极材料的制备上。

二氧化钌因其优良的电化学性能，是目前公认最适合做超级电容器电极的材料，但金属钌含量极低，价格十分昂贵，不适合大规模的商业化应用。因此，需要寻找价格低廉，性能优异的电极材料作为替代。硫化镍，相较于其他过渡廉价金属化合物，拥有本征金属导电性，优良电化学性能等特点，被视为最具有发展潜力的超级电容器电极材料之一。但是，传统方法制备的硫化镍通常会释放出大量剧毒的硫化氢气体，并且微观形貌主要是以颗粒为主，比表面小，使其实际电容值低于800F/g，从而限制了硫化镍的商业化应用。目前，主要的改进方法有三种，一是通过合成不同形貌的硫化镍增加其比表面积，二是引入第二种金属元素调节其电子结构改善其电化学特性，三是与其他碳材料复合增加其电化学稳定性。设计特殊形貌的硫化镍通常需要加入特殊的结构诱导剂；而制备镍基二元金属硫化物一般是引入钴元素，金属钴是一种重要的稀缺金属元素；而与碳材料复合通常会引入高温退火过程，使合成工艺复杂，条件不可控。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种铝掺杂硫化镍材料的制备方法，其目的在于解决现有硫化镍性能差，制备工艺复杂的问题，本发明中采用两步水热法制备铝掺杂硫化镍纳米花电极材料，用更便宜常见的铝元素替代钴元素，同时加入的铝盐本身就具有结构诱导剂的作用，可以诱导形成特殊形貌的前驱体，再通过第二步硫化之后，可以得到铝掺杂的硫化镍纳米花。该制备方法参数可控，反应条件温和，产物电化学性能优异。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种铝掺杂硫化镍纳米花材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

将可溶镍盐、可溶铝盐与沉淀剂在溶剂中溶解，并在密封容器内进行加热至反应完全，获得碱式碳酸盐前驱体；

将所述碱式碳酸盐前驱体分散在含硫化合物的水溶液中，置于水热反应釜中，在150℃～170℃水热反应11～13小时后，得到铝掺杂的硫化镍纳米花材料。

进一步地，所述可溶镍盐为硝酸镍、氯化镍或乙酸镍。其中硝酸镍中的硝酸根具有一定的氧化性，可以在反应中促进沉淀剂的分解，更有利于产物的形成。

进一步地，所述可溶铝盐为硝酸铝、硫酸铝或氯化铝，其中硝酸铝中的硝酸根具有一定的氧化性，可以在反应中促进沉淀剂的分解，更有利于产物的形成。

进一步地，所述沉淀剂为盐酸胍、尿素或氨水，其中盐酸胍在中性溶液中分解会同时产生氨与尿素，更利于碱式碳酸盐产物的形成。

进一步地，所述含硫化物为硫化钠，所述碱式碳酸盐前驱体与硫化钠的质量比为1:3，加入的硫化钠过少会使产物硫化不完全，加入过多使硫化速度过快，导致铝掺杂量降低，从而降低产物的电化学性能。

进一步地，所述密封容器内的加热时间为14～18小时，水热反应温度为160℃～180℃，反应温度过低或时间过短盐酸胍无法分解产生沉淀，而温度过高或时间延长会使产物结晶性较高，不利于电化学反应的进行。

进一步地，所述可溶镍盐、可溶铝盐与沉淀剂的摩尔比范围为4:2～3:8～10。

进一步地，所述可溶镍盐与所述可溶铝盐的摩尔比优选为4:2，硝酸镍与硝酸铝的摩尔比为4:2，降低硝酸铝的含量，产物中逐渐出现只含镍化合物的微米球。继续增加镍铝比至4:4产物的形貌与性能没有太大变化，说明过多的硝酸铝不参与反应，并在洗样过程中被除去。

进一步地，采用的溶剂为水和乙醇的混合物，其中乙醇的引入，降低了水的沸点，增加了容器内压力，缩短了产物的形成时间，同时，乙醇也作为一种结构诱导剂参与反应，如果没有加入乙醇则得到纳米颗粒。

本发明还公开了一种电极，其采用所述的铝掺杂硫化镍纳米花材料的制备方法所产出的纳米花材料制备。

总体而言，通过本发明所构思通过以上技术方案得到的硫化镍与现有技术得到的硫化镍相比，能够取得下列有益效果：

(1)本发明提供的铝掺杂硫化镍纳米花电极的制备方法，在制备过程中不使用有毒有害的添加剂，由加入的铝盐直接充当结构诱导剂的角色，用料经济，反应历程简单，在生成硫化镍的同时，不会产生剧毒的硫化氢气体，而反应副产物对环境也十分友好。