碳布模板构筑Ni/SnS2@Ni(OH)2的方法

碳布模板构筑ni/sns2@ni(oh)2的方法
技术领域
1.本发明属于超级电容器正极材料合成技术领域，具体涉及碳布模板构筑ni/sns2@ni(oh)2的方法。


背景技术：

2.随着化石能源的过渡开采和急剧消耗，能源问题和环境恶化已经备受人们关注。目前开发清洁低廉的环境友好储能元件来缓解当前社会的能源危机，对于发展国民经济、实现可持续发展具有重大意义。目前，超级电容器作为新兴储能元件被认为是有效的途径之一。研究表明：
①
相比于锂离子电池，超级电容器材料具有更高的功率密度，能实现快速充放电；
②
水系超级电容器材料具有绿色、无污染环境友好等特点，在动力用能源领域具有应用价值。
3.关于碳布上原位负载sn的硫化物用于超级电容器正极材料的制备方法已有文献报道，但制备ni参杂的sns2阵列原位生长ni(oh)2纳米片双阵列结构材料并用于超级电容器体系的报道甚少。水热法在碳布模板上构筑ni参杂的sns2纳米片阵列，并在sns2纳米片阵列上原位生长超薄ni(oh)2纳米片，大大提升sns2纳米片阵列的比表面积，提高比电容。除此之外，在ni参杂的sns2阵列原位生长ni(oh)2纳米片双阵列结构材料作为超级电容器正极材料几乎未见报道。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供碳布模板构筑ni/sns2@ni(oh)2的方法，该正极材料是绿色的、环境友好的，并且具有高的比表面积和高的电导率，相比于原位生长的其他正极材料具有高的功率密度和面积比容量。表明其在高功率、高安全性和动力用领域中具有较大应用潜力。
5.本发明所采用的技术方案是，碳布模板构筑ni/sns2@ni(oh)2的方法，具体按照以下步骤实施：
6.步骤1，制备ni掺杂的sns2纳米片阵列；
7.步骤2，制备ni/sns2@ni(oh)2。
8.本发明的特点还在于：
9.其中步骤1具体如下：
10.步骤1.1，所采用化学品包括硝酸hno3、硫酸h2so4、四氯化锡sncl4、六水合氯化镍nicl2·
6h2o和硫代乙酰胺taa，合成前，将碳布浸入hno3和h2so4混合溶液中，去除表面杂质和活化，然后在空气中干燥，记为样品a；
11.步骤1.2，将无水sncl4、nicl2·
6h2o和硫代乙酰胺taa溶解在去离子水中并搅拌，记为溶液b；
12.步骤1.3，将样品a和溶液b同时转移到聚四氟乙烯衬里的高压釜中，保持一段时间，然后自然冷却至室温，将得到的碳布表面原位生长的ni/sns2前体用去离子水和乙醇超
声洗涤数次，然后在真空干燥过夜，将得到ni掺杂的sns2纳米片阵列；记为样品c；
13.其中步骤1.1中碳布大小为1
×
3～2
×
3cm，hno3和h2so4混合溶液的质量比为3:1；
14.其中步骤1.2中无水sncl4为1～3mmol、nicl2·
6h2o为0.1～0.3mmol，硫代乙酰胺taa为0.8～1mmol，去离子水为5～30ml，搅拌为磁力搅拌，搅拌时间为20～30min；
15.其中步骤1.2中，所述无水氯化锡、六水合氯化镍和硫代乙酰胺的摩尔比为10:1.5:5～10:0.5:5；
16.其中步骤1.3中保持时间为4～8h，保持温度为150～170℃，真空干燥温度为60～90℃；
17.其中步骤2具体如下：
18.步骤2.1，将0.1～1.5mmolnicl2·
6h2o和0.1～5mmol尿素溶于5～30ml去离子水中，进行常温磁力搅拌，直到形成浅绿色透明溶液，记为溶液d；
19.步骤2.2，将所述步骤1得到的样品c和步骤2.1得到的溶液d同时转移到高压釜中保持一段时间，自然冷却至室温后，所得样品用乙醇和超纯水冲洗数次，然后真空干燥过夜，将得到ni/sns2@ni(oh)2样品，记为样品e；
20.其中步骤2.1中，nicl26h2o为0.1～1.5mmol，尿素为0.1～5mmol，去离子水为5～30ml；
21.其中步骤2.1中，氯化镍和尿素的摩尔比为1:2～1:4；
22.其中步骤2.2中保持时间为1～2h，保持温度为90～110℃；真空干燥温度为60～90℃。
23.本发明的有益效果是：
24.本发明的碳布模板构筑ni/sns2@ni(oh)2的方法，方法简单，成本较低。制备的超级电容器正极材料具有较高的面积比容量和功率密度，表现出良好的电化学性能。且首次合成ni/sns2@ni(oh)2材料，具有创新性；良好的电化学性能，具有实用性。
附图说明
25.图1为本发明的碳布模板构筑ni/sns2@ni(oh)2的方法将ni(oh)2成功负载在ni/sns2表面；
26.图2本发明的碳布模板构筑ni/sns2@ni(oh)2的方法制备的ni/sns2@ni(oh)2材料形貌图；
27.图3为本发明的碳布模板构筑ni/sns2@ni(oh)2的方法制备的ni/sns2@ni(oh)2材料在2m koh电极液中的恒电流充放电曲线。
具体实施方式
28.下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
29.本发明提供了碳布模板构筑ni/sns2@ni(oh)2的方法，具体按照以下步骤实施：
30.步骤1，制备ni掺杂的sns2纳米片阵列：
31.步骤1.1，所采用化学品包括硝酸hno3、硫酸h2so4、四氯化锡sncl4、六水合氯化镍nicl2·
6h2o和硫代乙酰胺taa，合成前，将碳布浸入hno3和h2so4混合溶液中，去除表面杂质和活化，然后在空气中干燥，记为样品a，碳布大小为1
×
3～2
×
3cm，hno3和h2so4混合溶液的
质量比为3:1；
32.步骤1.2，将无水sncl4、nicl2·
6h2o和硫代乙酰胺taa溶解在去离子水中并搅拌，记为溶液b，无水sncl4为1～3mmol、nicl2·
6h2o为0.1～0.3mmol，硫代乙酰胺taa为0.8～1mmol，去离子水为5～30ml，搅拌为磁力搅拌，搅拌时间为20～30min；所述无水sncl4、nicl2·
6h2o和硫代乙酰胺taa的摩尔比为10:1.5:5～10:0.5:5；
33.步骤1.3，将样品a和溶液b同时转移到聚四氟乙烯衬里的高压釜中，保持时间为4～8h，保持温度为150～170℃，然后自然冷却至室温，将得到的碳布表面原位生长的ni/sns2前体用去离子水和乙醇超声洗涤数次，然后在真空干燥过夜，真空干燥温度为60～90℃，将得到ni掺杂的sns2纳米片阵列；记为样品c；
34.步骤2，制备ni/sns2@ni(oh)2：
35.步骤2.1，将0.1～1.5mmolnicl2·
6h2o和0.1～5mmol尿素溶于5～30ml去离子水中，氯化镍和尿素的摩尔比为1:2～1:4，进行常温磁力搅拌，直到形成浅绿色透明溶液，记为溶液d，nicl26h2o为0.1～1.5mmol，尿素为0.1～5mmol，去离子水为5～30ml；
36.步骤2.2，将所述步骤1得到的样品c和步骤2.1得到的溶液d同时转移到高压釜中保持时间为1～2h，保持温度为90～110℃，自然冷却至室温后，所得样品用乙醇和超纯水冲洗数次，然后真空干燥过夜，真空干燥温度为60～90℃，将得到ni/sns2@ni(oh)2样品，记为样品e。
37.如图1所示，图中(001)、(100)、(101)对应于pdf卡片中的sns2相，且峰相比于标准卡片有偏移，(003)、(110)对应于pdf卡片中的ni(oh)2相；由此可知ni成功参杂在sns2体系内，且ni(oh)2成功负载在ni/sns2表面；
38.如图2所示，ni/sns2@ni(oh)2材料保持纳米片阵列形貌，片层厚度约为15nm；
39.如图3所示，i、ii、iii、iv、v代表电流密度为5、10、20、30、40macm-2
条件下对应的恒电流充放电图谱；ni/sns2@ni(oh)
2-cc电极在电流密度为5(i)，10(ii)，20(iii)，30(iv)和40(v)macm-2
下的比电容分别为4.78，4.16，3.57，3.17和2.86fcm-2
(分别对应1991、1662、1428、1266、1144fg-1
)；
40.实施例1：
41.1)制备ni参杂的sns2纳米片阵列：
42.所有化学品(分析级)均按原样使用，无需进一步处理；合成前，将碳布(1
×
3cm)浸入质量比为3:1的hno3和h2so4混合溶液中，去除表面杂质和活化，然后在空气中干燥，记为样品a；将1mmol无水sncl4、0.1mmolnicl2·
6h2o和0.8mmol硫代乙酰胺(taa)溶解在25ml去离子水中并磁力搅拌20min，记为溶液b；将样品a和溶液b同时转移到10～50毫升聚四氟乙烯衬里的高压釜中，在150～170℃下保持4～8h，然后自然冷却至室温，将得到的碳布上的ni/sns2前体用超纯水和乙醇超声洗涤数次，然后在60℃下真空干燥过夜，记为样品c；
43.2)制备ni/sns2@ni(oh)244.将0.1～1.5mmolnicl26h2o和0.1～5mmol尿素溶于5～30ml超纯水中，进行常温磁力搅拌，直到形成浅绿色透明溶液，记为溶液d，然后将样品c和溶液d同时转移到10～50ml高压釜中并在90～110℃下保持1～2h，自然冷却至室温后，所得样品用乙醇和超纯水冲洗数次，然后在60℃下真空干燥过夜，记为样品e；
45.实施例2：
46.1)制备ni参杂的sns2纳米片阵列：
47.所有化学品(分析级)均按原样使用，无需进一步处理；合成前，将碳布(1
×
3cm)浸入质量比为3:1的hno3和h2so4混合溶液中，去除表面杂质和活化，然后在空气中干燥，记为样品a；将2mmol、无水sncl4、0.2毫摩尔nicl2·
6h2o和0.9mmol硫代乙酰胺(taa)溶解在5～30ml去离子水中并磁力搅拌20min，记为溶液b；将样品a和溶液b同时转移到10～50ml聚四氟乙烯衬里的高压釜中，在160℃下保持6h，然后自然冷却至室温，将得到的碳布上的ni/sns2前体用超纯水和乙醇超声洗涤数次，然后在60℃下真空干燥过夜，记为样品c；
48.2)制备ni/sns2@ni(oh)249.将0.1～1.5mmolnicl26h2o和0.1～5mmol尿素溶于5～30ml超纯水中，进行常温磁力搅拌，直到形成浅绿色透明溶液，记为溶液d，然后将样品c和溶液d同时转移到10～50ml高压釜中并在90～110℃下保持1～2h，自然冷却至室温后，所得样品用乙醇和超纯水冲洗数次，然后在60℃下真空干燥过夜，记为样品e；
50.实施例3：
51.1)制备ni参杂的sns2纳米片阵列：
52.所有化学品(分析级)均按原样使用，无需进一步处理；合成前，将碳布(1
×
3cm)浸入质量比为3:1的hno3和h2so4混合溶液中，去除表面杂质和活化，然后在空气中干燥，记为样品a；将2mmol无水sncl4、0.2mmolnicl2·
6h2o和0.9mmol硫代乙酰胺(taa)溶解在5～30ml去离子水中并磁力搅拌20min，记为溶液b；将样品a和溶液b同时转移到10～50ml聚四氟乙烯衬里的高压釜中，在170℃下保持4h，然后自然冷却至室温，将得到的碳布上的ni/sns2前体用超纯水和乙醇超声洗涤数次，然后在60℃下真空干燥过夜，记为样品c；
53.2)制备ni/sns2@ni(oh)254.将0.1～1.5mmolnicl2·
6h2o和0.1～5mmol尿素溶于5～30mmol超纯水中，进行常温磁力搅拌，直到形成浅绿色透明溶液，记为溶液d，然后将样品c和溶液d同时转移到10～50mmol高压釜中并在90～110℃下保持1～2h，自然冷却至室温后，所得样品用乙醇和超纯水冲洗数次，然后在60℃下真空干燥过夜，记为样品e；
55.实施例4：
56.1)制备nico2s4纳米管阵列：
57.1)制备ni参杂的sns2纳米片阵列：
58.所有化学品(分析级)均按原样使用，无需进一步处理。合成前，将碳布(1
×
3cm)浸入质量比为3:1的hno3和h2so4混合溶液中，去除表面杂质和活化，然后在空气中干燥，记为样品a；将1～3mmol无水sncl4、0.1～0.3mmolnicl2·
6h2o和0.8～1mmol硫代乙酰胺(taa)溶解在5～30ml去离子水中并磁力搅拌20min，记为溶液b；将样品a和溶液b同时转移到10～50ml聚四氟乙烯衬里的高压釜中，在150～170℃下保持4～8h，然后自然冷却至室温，将得到的碳布上的ni/sns2前体用超纯水和乙醇超声洗涤数次，然后在60℃下真空干燥过夜，记为样品c；
59.2)制备ni/sns2@ni(oh)260.将1mmolnicl26h2o和3mmol尿素溶于5～30ml超纯水中，进行常温磁力搅拌，直到形成浅绿色透明溶液，记为溶液d，然后将样品c和溶液d同时转移到10～50ml高压釜中并在100℃下保持1h，自然冷却至室温后，所得样品用乙醇和超纯水冲洗数次，然后在60℃下真
空干燥过夜，记为样品e。