[发明专利]泡沫镍负载Cu(OH)2

说明书

本发明公开了一种泡沫镍负载Cu(OH)₂@Ni₃S₂核壳纳米线复合电容材料及其制备方法。其特征在于，在水热条件下，泡沫镍的表层被硫化生成相互交织的Ni₃S₂纳米线网络层，然后通过液相反应在每一根纳米线的表面形成Cu(OH)₂纳米片的包覆层，从而获得具有高比电容、高循环稳定性的负载Cu(OH)₂@Ni₃S₂核壳纳米线电容材料。产物中纳米线长达毫米级，相互交织形成类网状结构，厚度极薄的纳米片直径约1μm。该制备方法简单易操作，反应溶液重复使用，成本较低且易规模化。

技术领域：

本发明涉及一种超级电容器材料的制备方法，其特征为，对泡沫镍在反应釜中进行水热反应进行硫化生成硫化镍纳米线，继而通过进一步的水热反应负载 Cu(OH)₂纳米片，从而获得具有高比电容、高循环稳定性的Cu(OH)₂@Ni₃S₂核壳纳米线复合电容材料。该制备方法简单，易于控制和规模化的优点。

背景技术：

近年来社会愈发重视能源使用过程中的环保问题，新能源在整体能源的比重不断提高。其中电能的储存需求越来越大，传统的铅蓄电池等具有生产过程中高能耗，高污染的问题。与其相比，超级电容器有着高功率密度、高循环稳定性及使用寿命长、安全等优点，正在不断占领电力储存领域的份额。对超级电容器而言，电极材料是决定超级电容器性能与成本的关键，电极材料的选择、设计与制备是高性能超级电容器研发的重点。

超级电容器电极材料主要有：碳材料、金属化合物和导电聚合物。其中金属化合物的研究已经较为详尽。由于具有多种氧化态，过渡金属氧化物被视作赝电容电容器的重要电极材料，但其弱导电性导致了器件的能量密度较低，差循环稳定性较差，因此，探索兼具高导电性和高稳定性的赝电容电极材料是当前该领域一直追求的目标。在进一步地对过渡金属硫化物进行研究的过程中发现：硫元素有着低于氧元素的电负性，并且随着制备过程中的阴离子交换使得材料带隙变窄，有助于性能地提升。此外，由于用硫代替氧可以得到更有弹性地结构，使得结构更加稳定，从而提高循环稳定性。而从结构上来说，纳米线-纳米片的复合异质结构可以在纳米线维持稳定性和导电性的同时，增加电容量。本研究重点分析了硫化物纳米线-纳米片异质结构的形成方法。

因此，本发明在保持硫化物纳米线的基础上引入了均匀分布的纳米片。以单质硫作为硫源，在泡沫镍上覆盖均匀的硫化镍纳米线，进而通过水热的方式，用硫酸铜以及六亚甲基四胺为原料，水热负载纳米片。其中，纳米线分布均匀且弯曲，编织成类似网状结构。纳米片直径约为1μm，厚度极薄。这种由纳米线-纳米片构成的复合结构有着较高的质量比电容和良好的稳定性。

发明内容：

本发明的目的：提出一种泡沫镍负载硫化物纳米线复合纳米片电容材料及其制备方法，并介绍其在超级电容器电极方面的应用。通过这种方法，我们设计并制备了由纳米线相互交织构建的网状结构。该材料同时具有高比表面积和高稳定性的优点，从而保证了材料较高的电容性能；然后引进了纳米片，保证了材料的高电容性能。最后，该制备方法原料便宜，制备方法简单，对环境友好，易于控制和规模化。

本发明的技术方案是：将适量硫粉溶于乙二胺和乙醇的混合液中，放入表面清洗处理过的泡沫镍后，一起转移到50mL的反应釜中，在恒定的温度下进行硫化反应，结束后将其取出用去离子洗涤后，在60℃下烘干，得到泡沫镍负载Ni₃S₂纳米线的中间产物；然后，将该中间产物放入包含硫酸铜和六亚甲基四胺的混合溶液中，在恒定温度下反应；最后，将样品取出后反复清洗，在60℃烘干得到最终产物。

作为最佳方案，泡沫镍基体为长方形，尺寸3cm×2cm，使用前用稀HCl进行清洗处理；制备中间产物所使用的硫粉用量为50～80mg，乙二胺和乙醇的混合液的体积为30～40mL。