[发明专利]一种中空Zn-Co-Ni-S纳米笼超级电容器电极材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种中空Zn‑Co‑Ni‑S纳米笼超级电容器电极材料的制备方法。该方法将六水硝酸锌、六水硝酸钴、2‑甲基咪唑混合于甲醇中，通过金属离子与2‑甲基咪唑的配位，形成锌、钴双金属沸石咪唑酯骨架材料Zn‑Co‑ZIF；然后，将Zn‑Co‑ZIF与六水硝酸镍混合于乙醇中，回流反应得到三元层状氢氧化物Zn‑Co‑Ni‑LDH；最后，进行水热硫化反应，得到中空Zn‑Co‑Ni‑S纳米笼。该方法简单易行，成本低，制得的中空Zn‑Co‑Ni‑S纳米笼，作为电极材料而应用在超级电容器中，表现出良好的法拉第赝电容性能以及良好的循环稳定性。

技术领域

本发明涉及超级电容器电极材料技术领域，具体涉及中空Zn-Co-Ni-S纳米笼超级电容器电极材料的制备方法。

背景技术

由于移动电子设备、电动汽车等设备对电力供应的需求不断增加，以及为普通家庭提供可靠的能源供应，储能系统在现代社会中发挥着至关重要的作用。其中，超级电容器又称电化学电容器，具有比传统电容器优越的能量密度和比电池更高的功率密度等特性。具有广阔的市场前景。开发廉价、高效的电极材料是提升超级电容器性能的关键。

中空结构的硫化物因其具有高比表面积、丰富的法拉第氧化还原反应位点、缩短的电荷转移途径等独特优点，因此在超级电容器中具有良好的应用前景。

发明内容

本发明提供了中空Zn-Co-Ni-S纳米笼超级电容器电极材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将六水硝酸锌、六水硝酸锌钴、2-甲基咪唑混合于甲醇中，通过金属离子与2-甲基咪唑的配位，形成锌、钴双金属沸石咪唑酯框架材料(ZIF)，简称Zn-Co-ZIF；；

(2)将Zn-Co-ZIF与六水硝酸镍混合于乙醇中，回流反应得到三元层状氢氧化物Zn-Co-Ni-LDH前驱体；

(3)将Zn-Co-Ni-LDH前驱体与硫源溶液混合均匀，进行水热硫化反应，得到中空Zn-Co-Ni-S纳米笼。

所述步骤(1)中的六水硝酸锌、六水硝酸钴的摩尔比包括1∶1、1∶2和2∶1。

所述步骤(2)中的Zn-Co-ZIF与六水硝酸镍的质量比为1∶1～8。

所述步骤(2)中的回流温度优选为90～150℃。

所述步骤(2)中的回流时间优选为0.5～1.5h。

所述步骤(3)中的硫源包括硫代乙酰胺、硫化钠、硫脲中的一种或多种。

所述步骤(3)中的硫化反应时间优选为3.5h～5h。

所述步骤(3)中的硫化反应温度优选为120～180℃。

本发明还提供了上述技术方案所述中空Zn-Co-Ni-S纳米笼作为超级电容器电极材料的应用。

本发明通过将六水硝酸锌、六水硝酸钴、2-甲基咪唑混合于甲醇中，通过金属离子与2-甲基咪唑的配位，形成锌、钴双金属沸石咪唑酯框架材料(ZIF)，ZIF是一类具有与沸石拓扑结构的金属有机框架材料(MOF)，结合了沸石及MOFs这两种材料的优点，具有高的稳定性以及结构和功能的可调性；通过回流、硫化得到具有中空结构的Zn-Co-Ni-S纳米笼。三维中空笼状结构，具有充分暴露的比表面积和活性位点、缩短的电荷转移途径，还可减少电极材料在工作过程中的体积膨胀。同时，三元金属具有更加丰富的价态，不同金属间的协同作用可提高导电性。因此，作为电极材料而应用于超级电容器中，中空Zn-Co-Ni-S纳米笼表现出良好的法拉第赝电容性和电化学稳定性。

附图说明

图1为本发明实施例1制备的中空Zn-Co-Ni-S纳米笼超级电容器电极材料的透射电镜照片；

图2为本发明实施例2制备的中空Zn-Co-Ni-S纳米笼超级电容器电极材料的X射线衍射图；