一种用于超级电容器的碳基过渡金属硒化物复合材料的制备方法

本发明属于超级电容器电极材料制备，具体涉及一种用于超级电容器的碳基过渡金属硒化物复合材料的制备方法。

背景技术：

1、作为一种高效、可靠的电化学能量转换和存储技术，超级电容器(scs)因其充放电快、功率密度高、循环寿命长等优点而备受关注。然而，与其他电化学能源技术相比，低能量密度限制了它们的广泛应用。

2、为了解决这一问题，人们已经采用了多种方法，而非对称超级电容器被认为是一种理想的解决方案。它可以实现快速的能量传递，并通过结合负极和正极的工作电压来最大化器件的工作电压，且能在不牺牲功率密度的情况下提高能量密度。而正极材料对非对称超级电容器的整体电化学性能影响很大。因此，开发具有高比容量的新型正极被认为是提高能量密度的有效策略。

3、过渡金属硒化物(tmse)是潜在的非对称超级电容器的正极材料，因为电导率高(<10-3s m-1)、理论比容量高、电负性较低、多种氧化态、低成本和低毒性。然而，它们的导电性差，实际测试性能通常远低于理论值，这可能是由于活性位点的可及性受限，反应动力学迟缓或电子转移能力不足，严重制约了过渡金属硒化物类电极材料的储能性能，阻碍了它们的实际应用。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种碳基过渡金属硒化物复合材料及其制备方法。为了解决上述问题，本发明通过构建异质结，利用协同效应，提高电荷转移效率，从而显著改善电化学性能；通过与高导电性碳复合，提高导电性的同时，大的比表面积和合适的微孔结构保证了电解质易于接近丰富的电化学活性位点和离子在电极内的快速迁移，提高了电化学性能。制备的复合材料具有较高的比电容、优良的倍率性能和循环稳定性。

2、为了实现以上目的，本发明采用如下技术方案：

3、(1)取硝酸镍溶液和硒溶液，混合，搅拌30min后，加入反应釜中，密封，进行水热反应。反应后，自然冷却至室温，离心，收集沉淀物，洗涤、真空干燥后，得到nise2前驱体。

4、(2)取鱼鳞洗净，在80℃下干燥12h。将干燥的鱼鳞放入管式炉中，在氮气保护下高温煅烧。自然冷却至室温后，洗涤，真空干燥，得到碳前驱体标记为fac。

5、(3)将步骤(2)中的真空干燥后的样品fac，与活化剂混合，加入去离子水，搅拌后，真空干燥，然后至于管式炉中，在氮气保护下活化。自然冷却至室温后，洗涤，真空干燥，得到的多孔碳材料标记为fsac。

6、(4)将步骤(1)得到的nise2前驱体分散到koh溶液中，加入30％h2o2溶液，然后加入步骤(3)得到的多孔碳材料fsac，将混合溶液至于反应釜中，密封，然后进行水热反应。反应后，自然冷却至室温，洗涤、真空干燥后，即得到fsac@nise2/ni(oh)2。

7、进一步的，步骤(1)中硝酸镍为ni(no3)2·6h2o，硝酸镍水溶液的浓度为0.5mol/l。硒溶液为：3mmol硒粉溶于10ml水合肼溶液，将硝酸镍水溶液与硒溶液混合，搅拌30min后，加入反应釜中，密封，在140℃下进行水热反应24h，反应后，自然冷却至室温，离心，收集沉淀物，用去离子水和无水乙醇洗涤数次，在60℃下真空干燥12h，得到nise2。

8、进一步的，步骤(2)中煅烧条件为：升温速率5℃/min，煅烧温度500℃，煅烧时间2h，洗涤为酸洗和去离子水洗，酸洗使用的酸为1mhcl；所述的干燥温度为60℃，干燥时间为12h，得到碳前驱体fac。

9、进一步的，步骤(3)中将fac与koh按照1:3的质量比混合，加入10ml去离子水，搅拌12h后，60℃下真空干燥12h，然后至于管式炉中，在氮气保护下800℃活化2h，升温速率为5℃/min。自然冷却至室温后，用1m hcl和去离子水洗涤，60℃下真空干燥12h，得到的多孔碳材料fsac。

10、进一步的，步骤(4)中所述的nise2前驱体的用量为0.1g，koh溶液的浓度为0.1mol/l，用量为20ml，30％h2o2用量为1ml。

11、与现有技术相比，本发明具有如下优点及有益效果：

12、(1)本发明通过构建异质结，利用协同效应提高材料的电化学性能，利用具有手风琴状结构和大的比表面积的生物质碳为基底，大大增加了复合电极材料的比表面积，为氧化还原反应的发生提供了充足的空间，并且保证了电解质易于接近丰富的电化学活性位点和离子在电极内的快速迁移，更好地提高了超级电容器的比电容和稳定性。解决了现有过渡金属硒化物导电性较差和活性位点较少的问题。

13、(2)本发明采用高温碳化和水热法，原料成本低，合成方法简单，绿色环保，产率高，有利于工业生产。所制备的电极材料比电容高、稳定性好、循环寿命长，是一种优良的超级电容器电极材料，具有良好的应用前景。

技术特征：

1.一种用于超级电容器的碳基过渡金属硒化物复合材料的制备方法，其特征在于，步骤包括：

2.根据权利要求1所述的一种用于超级电容器的碳基过渡金属硒化物复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述硝酸镍为ni(no3)2·6h2o，硝酸镍水溶液的浓度为0.5mol/l。

3.根据权利要求1所述的一种用于超级电容器的碳基过渡金属硒化物复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的硒溶液为：3mmol硒粉溶于10ml水合肼溶液。

4.根据权利要求1所述的一种用于超级电容器的碳基过渡金属硒化物复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，将硝酸镍水溶液与硒溶液混合，搅拌30min后，加入反应釜中，密封，在140℃下进行水热反应24h，反应后，自然冷却至室温，离心，收集沉淀物，用去离子水和无水乙醇洗涤数次，在60℃下真空干燥12h，得到nise2。

5.根据权利要求1所述的一种用于超级电容器的碳基过渡金属硒化物复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述的煅烧条件为：升温速率5℃/min，煅烧温度500℃，煅烧时间2h。

6.根据权利要求1所述的一种用于超级电容器的碳基过渡金属硒化物复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述的洗涤为酸洗和去离子水洗，酸洗使用的酸为1m hcl；所述的干燥温度为60℃，干燥时间为12h，得到碳前驱体fac。

7.根据权利要求1所述的一种用于超级电容器的碳基过渡金属硒化物复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，将fac与koh按照1:3的质量比混合，加入10ml去离子水，搅拌12h后，60℃下真空干燥12h，然后至于管式炉中，在氮气保护下800℃活化2h，升温速率为5℃/min，自然冷却至室温后，用1m hcl和去离子水洗涤，60℃下真空干燥12h，得到的多孔碳材料fsac。

8.根据权利要求1所述的一种用于超级电容器的碳基过渡金属硒化物复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述的nise2前驱体的用量为0.1g，koh溶液的浓度为0.1mol/l，用量为20ml，30％h2o2用量为1ml。

9.根据权利要求8所述的一种用于超级电容器的碳基过渡金属硒化物复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(4)中多孔碳材料fsac的用量为10-80mg；所述的水热反应温度为170℃，反应时间为2h；所述的洗涤为用去离子水和无水乙醇洗2-5次；所述的干燥温度为60℃，干燥时间为12h。

技术总结
本发明公开了一种用于超级电容器的碳基过渡金属硒化物复合材料的制备方法，具体步骤为：硝酸镍溶液和硒溶液混合水热反应制备NiSe<subgt;2</subgt;前驱体，以鱼鳞生物质通过高温碳化制备手风琴状生物质碳，然后将NiSe<subgt;2</subgt;前驱体、KOH、H<subgt;2</subgt;O<subgt;2</subgt;、手风琴状生物质碳混合通过水热反应获得碳基过渡金属硒化物复合电极材料。本发明制备的超级电容器电极材料具有较高的比表面积，高的比电容、优良的倍率性能和循环稳定性等优点，为提高现有过渡金属硒化物基超级电容器电极材料性能提供了一种高效制备方法，具有良好的应用前景。

技术研发人员：陈艳丽,梁珂,张燕荣,张样,王文昌,陈智栋
受保护的技术使用者：常州大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16