一种Ni3S4量子点电极材料及其制备方法和应用与流程

本发明涉及超级电容器电极材料领域，特别涉及一种ni3s4量子点电极材料及其制备方法和应用。通过本发明可以在简单、环境友好的条件下制备ni3s4量子点，所制备的ni3s4量子点具有优异的电化学性质，可以用于超级电容器电极材料。

背景技术：

在电动汽车和混合动力汽车领域，对能量和电力的需求在增长，这引发了用于高级能量存储设备的电极材料的研究热潮。其中，超级电容器作为一种新型的能量存储设备已经引起了人们的关注。因为它具有比电池更高的功率密度和比常规电容器更高的能量密度。

超级电容器的电容和电荷存储容量高度依赖于电极材料的性质。目前，已经研究了各种类型的电极材料，例如硫化物，氧化物，氢氧化物，聚合物和碳材料。在各种电极材料中，过渡金属硫化物由于其独特的化学和物理性能而被广泛研究，因为它们的性能优于金属氧化物。其中，ni3s4由于其出色的电化学性能而备受关注。目前以微米或亚微米固体块状形态形成的硫化镍已被大量研究，但它们通常具有中等的循环性能并且比表面积很低不足以提供更多的活性位点。为了改善硫化镍的性能，最好的方法是改变它的形貌，使其具有较大的比表面积，以提供更多的活性位点。其中属于一类纳米材料的量子点结构非常有吸引力。量子点的超小尺寸使活性材料具有更大的比表面积，可富集更多的活性位点，从而使电极的氧化还原和转化反应更加活跃。同时，量子点内部丰富的孔结构缩短了离子扩散途径，使离子能够平稳渗透并参与电化学反应。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种ni3s4量子点电极材料及其制备方法和应用。

一种ni3s4量子点电极材料的制备方法，使用水和乙醇作为溶剂以及pvp作为封端剂，一步合成ni3s4量子点。

所述的制备方法，按以下用量比例，将氯化镍2-4mmol，硫代硫酸钠3-4mmol，pvp0.5-2g，尿素10-20mmol溶解在蒸馏水和乙醇的混合溶液中；将混合溶液转移至带有冷凝管的反应容器中，在120℃的油浴锅中磁力搅拌并加热6h；之后，将反应容器取出并冷却；向产物溶液中加入丙酮并静置，以使ni3s4量子点自然沉淀，之后将上清液缓慢倒出，加入蒸馏水，并通过超声波将沉淀物均匀分散；再添加丙酮，静置以沉淀，最后将其在真空干燥箱中干燥。

所述的方法制备的ni3s4量子点电极材料。

所述的ni3s4量子点电极材料，量子点直径为3nm。

所述的ni3s4量子点电极材料的应用，用于超级电容器电极材料。

本发明具有以下优点：

本发明制备ni3s4量子点的方法简单、易于操作、环境友好。本发明制备的ni3s4量子点具有优异的电化学性质，将ni3s4量子点用于超级电容器电极材料时，它具有出色的电化学性能，在1ag^-1时的比电容为1440fg^-1。

附图说明

图1为实施例1制备的量子点的x-射线粉末衍射图。

图2为实施例1制备的ni3s4量子点的微观tem照片。

图3为实施例1制备的ni3s4量子点在乙醇中放置1月而没有沉淀。

图4为实施例2制备的ni3s4量子点的微观tem照片。

图5为实施例1制备的ni3s4量子点的电化学性质测试结果；

具体实施方式

以下结合具体实施例，对本发明进行详细说明。

实施例1：

将3mmolnicl2·6h2o、4mmolna2s2o3·5h2o、15mmol尿素和0.5gpvp溶解在20ml蒸馏水中，之后加入20ml无水乙醇并搅拌均匀。将混合溶液转移至50ml圆底烧瓶中，加上冷凝管，在120℃的油浴锅中磁力搅拌并加热6h。之后，将烧瓶取出并用冷水冲凉。向产物溶液中加入80ml丙酮，静置8小时，以使ni3s4量子点自然沉淀。之后将上清液缓慢倒出，加入20ml蒸馏水，并通过超声波将沉淀物均匀分散，再添加50ml丙酮，静置8小时以沉淀。用这种方法将ni3s4量子点清洗6次，最后将其置于60℃的真空干燥箱中8h。图1为实施例1制备的量子点的x-射线粉末衍射图。根据xrd标准卡片：jcpdsno.47-1739可知样品为ni3s4。图2为实施例1制备的ni3s4量子点的微观tem照片(a：比例尺50nm，b：比例尺20nm)，形貌为3nm左右的黑点，并且分散性良好。图3为实施例1制备的ni3s4量子点在乙醇中放置1月而没有沉淀，表明量子点具有良好的稳定性。

实施例2：

制备ni3s4量子点：如实施例1不同之处在于pvp加入1g。图4为实施例2制备的ni3s4量子点的微观tem照片(a：比例尺50nm，b：比例尺20nm)。

实施例3：

电极材料的电化学性质测试方法：将制备的电极材料、乙炔黑、聚四氟乙烯(ptfe)以7：2：1的质量比混合，制成厚度约0.1mm的薄膜。将薄膜在60℃下干燥5小时，用压片机将薄膜固定在镍泡沫上作为工作电极。对电极用活性炭(vulcanxc-72carbon,usa)，参比电极用hg/hgo电极，电解液用6mkoh。在辰华chi660e电化学工作站上进行电化学测试，在landct2001a上进行循环稳定性测试。

电极材料的比电容使用以下公式计算：

图5为用此方法测试实施例1制备的ni3s4量子点的电化学性质结果。图5a的循环伏安曲线非矩形，表明ni3s4量子点依赖于氧化还原反应进行储能。同时，随着扫描速率的增加，循环伏安曲线的形状基本不变，这也意味着ni3s4量子点的速率性能良好。根据ni3s4量子点的恒电流充放电曲线(图5b)，可以看出ni3s4量子点的能量存储与双电层电容和电容器一起工作，只是双电层电容贡献的比电容很小。ni3s4量子点的比电容根据图5b和实施例3公式计算，当电流密度为1、3、5、8、10、15、20、25ag^-1时，比电容为1440、1213、1085、952、882、744、628、500fg^-1。由于ni3s4量子点在高电流密度下没有足够的时间进行氧化还原反应，因此比电容随电流密度的增加而降低。图5c是ni3s4量子点的电化学阻抗谱,由图可知材料的电荷转移电阻非常小，并且在低频区斜率大，这表明电解质在ni3s4量子点的表面扩散速度很快。图5d显示了ni3s4量子点在10ag^-1时的循环稳定性测试结果。随着循环次数的增加，材料的比电容逐渐减小。经过10k次测试，ni3s4量子点的比电容保持在初始容量的78％，这证明ni3s4量子点具有出色的循环稳定性。根据以上分析，pvp诱导的ni3s4量子点是优异的电极材料。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。