[发明专利]一种等级蜂窝状Ni3S2薄膜电极的制备方法

说明书

本发明公开了一种等级蜂窝状Ni₃S₂薄膜电极及其制备方法，首先以泡沫镍为基底，硝酸镍为镍源，六次甲基四胺（HMTA）为成核剂，采用水热法，得到由纳米片构成的Ni(OH)₂蜂窝状薄膜；再以Ni(OH)₂为基底，乙二醇作为溶剂，硫脲作为成核剂和硫化剂，一方面对Ni(OH)₂进行硫化，使其转化成Ni₃S₂蜂窝，同时在Ni₃S₂上生成二次纳米片结构，即可得到等级蜂窝状Ni₃S₂薄膜电极。一方面，Ni₃S₂的导电性比Ni(OH)₂更高，能加速电化学过程中电子传输；同时本发明制备的Ni₃S₂薄膜呈等级蜂窝结构，即组成蜂窝结构的纳米片表面又布满小纳米片团簇，该结构比单一蜂窝结构具有更大的比表面积，能提供更多的电化学反应活性位点，同时有利于电解液浸润和电解液离子传输，从而具有优异的电化学性能。

技术领域

本发明超级电容器领域，具体涉及一种等级蜂窝状Ni₃S₂薄膜电极及其制备方法。

背景技术

采用具有高理论容量的赝电容材料作为电极材料，是提高超级电容器能量密度的有效途径之一。Ni(OH)₂作为一种典型的赝电容材料，具有理论容量高、原料丰富、制备方法简单、成本低廉等优势，已成功应用于商用超级电容器。然而，目前商用超级电容器中Ni(OH)₂受微观形貌和结构的限制，比容量通常远低于理论容量。研究表明，将Ni(OH)₂制备成纳米结构，能增加比表面积，从而获得更高的容量，但目前研究中报道的Ni(OH)₂仍然低于其理论容量。同时，由于导电性较差，Ni(OH)₂作为超级电容器电极材料时倍率性能和循环稳定性能通常不够理想。相比于金属氢氧化物，金属硫化物的电导率普遍较高，特别是Ni₂S₃，甚至可归为导体一类，作为超级电容器电极材料时，显示出更优异的倍率特性和循环稳定性。

尽管目前文献中报道了多种制备方法，得到了不同微观结构的Ni₂S₃，但未见具有等级蜂窝状结构的Ni₂S₃。

发明内容

本发明的目的是针对Ni(OH)₂电极材料比容量低，倍率性能和循环稳定性不佳的问题，对其微观结构和导电性进行双重优化的研究，通过简单的硫化处理即对Ni(OH)₂薄膜电极进行硫化，获得导电性能更好的Ni₃S₂，同时在其表面构造二次纳米片团簇结构，增加电化学活性位点，从而得到具有优异电化学性能的等级蜂窝状Ni₃S₂薄膜。本方法具有简单易操作、性能优异、无污染等特点，适合制备各种金属硫化物材料。

本发明的技术方案：以泡沫镍为基底，利用两步水热方法，通过第一步获得蜂窝状Ni(OH)₂薄膜，紧接着对Ni(OH)₂薄膜进行硫化，获得等级蜂窝状Ni₃S₂薄膜，既提高了导电性，同时也增加了电化学活性位点。

本发明的技术方法包括以下步骤：

（1）将硝酸镍加入去离子水中，搅拌至充分溶解后加入六次甲基四胺（HMTA），再次搅拌，然后将所配溶液倒入反应釜内，将干净的泡沫镍放入反应釜中，在70-100℃，恒温反应8-12h，用去离子水冲洗干净并自然凉干；