[发明专利]碳纳米管穿插在CuS纳米颗粒中的复合薄膜电极制备方法及其应用

说明书

本发明属于复合电极材料制备技术领域，涉及一种碳纳米管穿插在CuS纳米颗粒中（CNT@CuS）的复合薄膜电极制备方法及其应用于超级电容器。本发明先将Cu(NO₃)₂和乙醇胺溶液混合搅匀；量取带负电荷的羧基化碳纳米管溶液加入之，真空抽滤得CNT@CHN复合薄膜；再配制1,3,5‑苯三甲酸‑乙醇‑水混合溶液与甲酸钠溶液混合，CNT@CHN复合薄膜浸入得到CNT@HKUST‑1复合薄膜；最后将硫代乙酰胺与无水乙醇以混合超声分散均匀，90℃～120℃水热1～3h，真空干燥。本发明以碳纳米管为基底增强了材料的柔韧性和导电性，同时碳纳米管将HKUST‑1衍生的CuS纳米颗粒直接穿插起来，形成复合薄膜可用作电极材料，避免了粘合剂和导电剂的使用降低了材料的阻抗，最大化离子可接触比表面积，为离子进入薄膜提供极大的方便。

技术领域

本发明属于复合电极材料制备技术领域，涉及复合薄膜电极，尤其涉及一种碳纳米管穿插在CuS纳米颗粒中（CNT@CuS）的复合薄膜电极制备方法及其应用。

背景技术

自21世纪以来，由于过度使用化石燃料导致的环境污染以及能源紧缺问题日趋严重，开发无污染新型能源以及设计新型环保的储能装置是目前面临重大挑战之一。超级电容器是介于静电电容器和传统化学电源的新型储能器件，由于它具有较高的功率密度、优异的倍率性能、快速的充放电速度及极长的循环寿命等优点而被广泛应用于电子设备、混合动力汽车、备用电源系统等领域。而电极材料是超级电容器的核心部分，因此，开发新型电极材料是研究新型储能装置至关重要的一步。

最近，金属有机骨架（MOFs）作为一种具有高表面积，可调节的孔径分布、结构可定制性等优越特征的新型材料，被认为是制备多孔纳米结构电极材料的有效前驱体。其中,MOFs衍生的过渡金属硫化物和多孔碳材料等，已被广泛应用于包括气体分离及吸附、催化、传感和药物输送等诸多方面。

据申请人所了解，HKUST-1（Cu₃(BTC)₂）衍生的金属硫化物,特别是CuS对于高性能超级电容器(SC) 和锂离子电池（LIB）是最受欢迎的电极材料之一，这可归因于它们具有高比表面积和可调的孔隙结构等优点，能有效地增强电子/离子传输动力学，并进一步获得更高的电化学性能。但是，单独使用HKUST-1衍生的CuS纳米粉末作为电极材料，由于导电性和循环稳定性极差等缺点难以达到理想的电化学性能。近年来，构建HKUST-1衍生的CuS和碳纳米管（CNTs）的复合电极材料是一种提高导电性、实际比容量和循环稳定性的有效方法。另一方面，碳纳米管（CNTs）是一种具有超高导电性的双电层碳基材料，能够形成独特的网状结构，可有效地提高复合材料的导电性进而提高材料比容量。

此外，HKUST-1衍生的CuS纳米颗粒穿插于碳纳米管薄膜中，避免了粘合剂的使用，降低了材料的阻抗，从而极大地提高了膜整体的导电性能和最大化膜的比表面积，有利于电子的传导和溶液中离子的传输。然而迄今为止，还没有将HKUST-1衍生的CuS纳米颗粒与碳纳米管复合形成复合薄膜电极材料的制备方法及其在超级电容器方面应用的报道。

发明内容

针对上述现有技术中存在的不足，本发明的一个目的是在于公开一种碳纳米管穿插在CuS纳米颗粒中（CNT@CuS）的复合薄膜电极制备方法。

技术方案：首先通过真空抽滤方法将氢氧化铜纳米线(CHNs)和碳纳米管（CNTs）抽滤成复合薄膜，然后通过简单快速的化学浸泡反应法将其转变成CNT@HKUST-1复合薄膜，最后通过水热硫化法合成CNT@CuS复合电极材料。

一种碳纳米管穿插在CuS纳米颗粒中（CNT@CuS）的复合薄膜电极制备方法，包括以下步骤：