[发明专利]镍钴硫/碳纳米管复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于纳米材料技术领域，具体涉及一种镍钴硫/碳纳米管复合材料及其制备方法和应用。该制备方法包括如下步骤：配制含有碳纳米管、镍盐、钴盐和沉淀剂的混合溶液；将所述混合溶液进行第一微波加热处理，然后加入硫源，进行第二微波加热处理，生成所述镍钴硫/碳纳米管复合材料；其中，所述碳纳米管带有负电性基团，所述沉淀剂在所述混合溶液的加热过程中水解产生氢氧根离子。该制备方法不仅可有效避免镍钴硫纳米颗粒之间的团聚，同时碳纳米管具有优异的导电性和机械稳定性，将其与镍钴硫复合可以获得优异的电化学性能；而微波加热合成有利于爆发性成核，能产生大量缺陷，导致更多的活性位点暴露，进一步提高镍钴硫/碳纳米管复合材料的电化学性能。

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，具体涉及一种镍钴硫/碳纳米管复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着能源危机与环境污染日趋严重，急需大力开发和利用新能源以及相应的储能器件，其中超级电容器因其功率密度高，充放电速度快，循环寿命长，安全免维护等优势，受到广大研究者的青睐。而超级电容器的性能很大程度上取决于电极材料的性能，尖晶石结构镍钴硫(NiCo₂S₄，CoNi₂S₄)作为电极材料时呈现较高的导电性，相较于镍钴双金属氧化物、单组分硫化镍和硫化钴的电导率高2个数量级以上；此外，镍钴硫可提供比相应的单组分硫化物更有丰富的氧化还原反应，因此其在电化学领域有广阔的应用前景。然而在实际应用过程中，镍钴硫却存在较低的比表面积、易团聚以及在充放电过程中结构稳定性较差的缺陷，从而导致较低的倍率性能和循环稳定性。

目前，镍钴硫化合物的合成通常有水/溶剂热法，电沉积法，自组装法，模板法等方法。虽然制备出的材料可呈现出较为优异的性能，但存在反应时间长，合成条件苛刻，方法繁琐或产量少等缺点。

因此，现有技术有待改进

发明内容

本发明的目的在于提供一种镍钴硫/碳纳米管复合材料及其制备方法和应用，旨在解决现有镍钴硫类材料容易团聚、稳定性差，从而电化学性能不理想的技术问题。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明一方面提供一种镍钴硫/碳纳米管复合材料的制备方法，包括如下步骤：

配制含有碳纳米管、镍盐、钴盐和沉淀剂的混合溶液；

将所述混合溶液进行第一微波加热处理，然后加入硫源，进行第二微波加热处理，生成所述镍钴硫/碳纳米管复合材料；

其中，所述碳纳米管带有负电性基团，所述沉淀剂在所述混合溶液中加热水解产生氢氧根离子。

本发明提供的一种镍钴硫/碳纳米管复合材料的制备方法，将含有碳纳米管、镍盐、钴盐和沉淀剂的混合溶液进行第一微波加热处理，因碳纳米管带有负电性基团，混合溶液中的金属阳离子(Ni²⁺、Co²⁺)会通过静电吸附作用与碳纳米管上的负电性基团结合，从而形成成核点，在微波加热过程中沉淀剂在混合溶液中水解产生氢氧根离子，氢氧根离子与碳纳米管上成核点位置的金属阳离子反应生成前驱体；后续加入的硫源和前驱体微波加热反应从而在碳纳米管上异质形核生长镍钴硫纳米颗粒，生成该镍钴硫/碳纳米管复合材料。该制备方法将镍钴硫纳米颗粒锚定在碳纳米管表面，从而可有效避免镍钴硫纳米颗粒之间的团聚，同时碳纳米管具有优异的导电性和机械稳定性，将其与镍钴硫复合可充分发挥出二者各自优势，获得优异的电化学性能；另外，该制备方法采用微波加热合成，有利于爆发性成核，能产生大量缺陷，导致更多的活性位点暴露，进一步提高镍钴硫/碳纳米管复合材料的电化学性能；而且反应时间短，操作简单，易于推广。

本发明另一方面提供一种镍钴硫/碳纳米管复合材料，所述镍钴硫/碳纳米管复合材料包括碳纳米管和生长在所述碳纳米管上的镍钴硫纳米颗粒，所述镍钴硫/碳纳米管复合材料由本发明所述的镍钴硫/碳纳米管复合材料的制备方法得到。