[发明专利]一种富硫空位中空硫化物微球及其制备方法和用途

说明书

一种富硫空位中空硫化物微球的制备方法，具体方法如下：将硝酸钴和硝酸镍溶解于等体积的N,N‑二甲基甲酰胺和丙酮中，并添加螯合剂，经溶剂热反应得到含有镍钴离子的配位聚合物微球；其次，将得到的配位聚合物微球和硫化剂分散到有机溶剂中，反应得到中空硫化物微球；制备的中空硫化物经硼氢化钠还原处理，离心、洗涤和干燥后，得到富硫空位的中空硫化物微球。其粒径为1‑2.5μm，壳层厚度为15‑30nm，材料的比容量可达763.4C g^‑1(电流密度为1A g^‑1)。

技术领域

本发明涉及化学材料领域，特别涉及一种富硫空位中空硫化物微球及其制备方法和用途。

背景技术

超级电容器以其高功率密度和长循环使用寿命的特点，受到广泛关注。但是其能量密度介于二次电池和传统电容器之间，如何不牺牲超级电容器本身的优点前提下，尽可能地提高其性能是现在的研究主流。构建混合电容器，及负极材料利用具有双电层电容的活性材料，正极利用具有氧化还原行为的电池级电极材料，能够保证高功率密度的前提下，实现高能量密度。因此，超级电容器的性能改善主要集中在电极材料的设计和改进。

过渡金属硫化物其具有较高的理论容量、储量大且成本低等优点；同时可以实现多电子参与电化学反应，其可视为一种电极材料不错的选择。但是，过渡金属硫化物的电导率仍然较低，且在电化学测试过程中，会出现晶格结构的体系膨胀等问题，导致其具有较差的倍率性和稳定性。

因此，如何利用过渡金属硫化物制备高稳定、高电导率、高电化学性能的电极材料，是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种富硫空位中空硫化物微球，其制备过程简单、反应条件温和，制备得到的富硫空位中空硫化物微球比容量可达763.4C g^-1，是一种高性能的电极材料。

本发明的技术方案是：一种富硫空位中空硫化物微球，包括以下步骤制备：

1)取硝酸钴和硝酸镍，溶于N,N-二甲基甲酰胺和丙酮的混合溶液中，得到溶液A；

2)取带有羧酸根的螯合剂，溶于溶剂A中，得到溶剂B；

3)将溶剂B于140-160℃条件下反应1-5h，冷却、离心，经洗涤后干燥，得到配位聚合物微球；

4)取配位聚合物微球、硫化剂，分散于有机溶剂中，于120-160℃条件下反应0.5-6h，冷却、离心，经洗涤后干燥，得到中空硫化物微球；

5)取中空硫化物微球，分散于硼氢化钠水溶液中，搅拌0.5-2h，离心，经洗涤后干燥，得到目标产品。

步骤1)N,N-二甲基甲酰胺和丙酮的体积比为1：1，所述硝酸钴和硝酸镍的摩尔比为2-4：1-2。

步骤2)所述螯合剂为间苯二甲酸、均苯三甲酸、对苯二甲酸、3,5-二甲酸吡啶的任一种或几种混合，螯合剂溶于溶剂A中，搅拌6h，螯合剂的摩尔量与硝酸钴、硝酸镍的摩尔量之和的比例为1-2：2-4。

步骤3)采用无水乙醇洗涤，所述干燥为真空干燥。

步骤4)所述硫化剂为硫代乙酰胺、硫脲、L-半膀氨酸、硫化钠的任一种或几种混合，配位聚合物微球和硫化剂的质量比为2-4：1-8。

步骤4)所述有机溶剂为无水乙醇，所述分散为超声分散15min。

步骤4)采用无水乙醇洗涤，所述干燥为真空干燥。

步骤5)所述硼氢化钠水溶液的浓度为0.5-2mo/L，优选为1mol/L，采用去离子水洗涤，所述干燥为真空干燥。

富硫空位中空硫化物微球的粒径为1-2.5μm，且中空硫化物壳层厚度为15-30nm。