一种NiCo2S4@Ni3V2O8@NF复合电极材料及其制备方法和应用

本发明属于纳米材料及电化学领域，具体涉及一种nico2s4@ni3v2o8@nf复合电极材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、超级电容器(supercapacitor)，也称为超电、超级电容存储器、电化学电容器等，是一种高性能、高功率、高能量密度的新型电化学能量储存装置；相比于传统的化学电池，超级电容器有很多优点，比如充电速度快、循环寿命长、低温性能好等。光辅助的引入，可以提高超级电容器的能量密度和功率密度，光电协同，提高能量利用比率；这些特点使得超级电容器成为了许多领域的研究热点，包括电动汽车、智能电网、移动电子设备等。

2、超级电容器的性能取决于其电极材料的选择；目前常见的电极材料有活性碳、金属氧化物、导电聚合物等；其中，活性碳是一种性能稳定、价格低廉的电极材料，但其能量密度较低，不利于超级电容器的应用于高能量密度领域；因此，研究开发新型电极材料成为了超级电容器领域的重要课题之一。

3、金属氧化物是一种具有良好电导性和化学稳定性的电极材料；以铁氧化物为例，其具有高比表面积、较好的可再生性和低成本等优点，因此被广泛应用于超级电容器中。此外，二氧化钛、钨酸盐等金属氧化物也被用作超级电容器的电极材料。

4、导电聚合物是一种性能优异、可塑性强的电极材料；它可以通过控制化学结构来实现优化电化学性能；聚苯胺是一种常用的导电聚合物，具有高导电性和较好的化学稳定性，但其循环寿命较短。为了解决这一问题，人们开始研究改性聚苯胺等新型导电聚合物。

5、此外，还有一些新型电极材料被提出，比如二维材料、金属有机骨架、生物质等；这些材料具有特殊的结构和优异的性能，对于超级电容器的性能提升有着重要的意义；总之，电极材料的选择是超级电容器性能的决定性因素之一；研究开发新型电极材料，探索其优异的电化学性能，将有助于超级电容器的应用拓展和性能提升。

技术实现思路

1、本发明目的就是为了解决上述问题从而提供一种nico2s4@ni3v2o8@nf复合电极材料及制备方法和应用，通过使用一步水热法在泡沫镍基底上成功合成了镍钴硫化合物，在此基础上对镍钴硫进行钒酸源进行的复合来进行不同化合物之间的协同作用，提高电化学性能。引入光辅助，提高超级电容器的能量密度和功率密度，光电协同，提高能量利用比率。

2、本发明的目的通过以下技术方案实现：

3、步骤s1：将镍源、钴源和硫源加入水和乙二醇的1：1构成的混合溶液中，得到镍钴前驱体溶液；

4、步骤s2：将经过硝酸和盐酸浸泡处理的泡沫镍浸入到步骤s1中得到的镍钴前驱体溶液，并进行水热反应，待其冷却到自然室温，进行洗涤和干燥后，得到nico2s4@nf复合电极材料；

5、步骤s3：通过添加钒酸源和镍源进入，将步骤s2中得到的含镍钴硫基底的泡沫镍进行水热反应，待其冷却到自然室温，进行洗涤和干燥后，得到nico2s4@ni3v2o8@nf复合电极材料。

6、优选地，所述nico2s4镍源选择为ni(no3)2·6h2o，所述nico2s4钴源选择为co(no3)2·6h2o，所述nico2s4硫源为ch4n2s(硫脲)，所述ni3v2o8镍源为nicl2·6h2o,所述ni3v2o8钒酸源选择为nh4vo3。

7、优选地，所述的混合溶液包括乙二醇和去离子水，乙二醇和去离子水使用量分别为30-50ml，体积比为1:1。

8、优选地，所述的泡沫镍的尺寸为(10-20)mm×(2-6)mm×lmm。

9、优选地，所述的水热反应的温度为110-130℃，时间为24-48h。

10、优选地，所述的洗涤为无水乙醇和去离子水交叉洗涤，次数不少于3次，不多于6次；所述的干燥为真空干燥，温度为60℃，时间为6-12h。

11、优选地，所述的二次水热在干燥箱中进行，温度为100℃，升温速率为2-5℃min-1，持续时间为2-6h。待冷却至室温，经无水乙醇和去离子水交叉清洗，所述的干燥为真空干燥，温度为60℃，时间为6-12h。。

12、优选地，步骤s1中将镍源、钴源和硫源充分溶解于混合溶液中，通过磁力搅拌50-80min。

13、本发明第二方面公开了一种nico2s4@ni3v2o8@nf复合电极材料，由如上任一所述的制备方法制备得到。

14、本发明第三方面公开了一种如上所述的nico2s4@ni3v2o8@nf复合光辅助电极材料在超级电容器中的应用。

15、优选地，泡沫镍在经过切割处理后，分别在丙酮溶液、无水乙醇溶液和去离子水中各清洗15min，在真空干燥箱60-90℃的条件下烘干12-24h。

16、本发明中控制镍钴硫的比例是为了让它们更好的在水热反应中均匀地负载在泡沫镍表面，比例过低，会导致负载的不足以完全包裹泡沫镍基底；而比例过高可能会因为负载过量，从而降低电化学性能，并且根据调整前驱体溶液的浓度可以控制负载量；ni3v2o8的复合可以提升nico2s4@ni3v2o8@nf电极材料的使用寿命和循环稳定性，可以有效提高电子传输能力，可以使其储存更多的能量；与氮、硫、硼等非金属元素相比，镍，钒的原子半径较大，可以促进电荷密度的分布，形成亲水的极性表面，从而促进离子充放电过程中快速形成稳定的赝电容；同时，含钒官能团的掺杂可以为赝电容提供法拉第活性位点，进一步提高电化学性能。

17、与现有技术相比，本发明具有以下增益效果：

18、1、本发明制备的电极材料方法简单，原料价格低廉，并且电极材料具有较高的比电容量，在电化学领域具有很好的应用前景。

19、2、本发明采用一步水热法制备前驱体，进一步优化了工艺，节约了时间成本，通过二次水热可以使钒酸镍化合物复合进去，大幅度提升材料的电化学性能；利用钒元素的加入改善了材料的电化学性能，以泡沫镍作为基底可以增加材料的比表面积，这种合成方法制得的电极材料性能优异、方法简单，可以实现大规模工业化应用。

20、3、通过本方法制得的电极材料，具备工艺简单、价格低廉等优点，在1ag-1的情况下，电容为1602f g-1，提供了一种nico2s4@ni3v2o8@nf电极材料的制备方法，具有较好的实验数据支撑。

21、4.本发明创新地引入太阳光，通过太阳光一定时间照射，进而提高超级电容器的比容量和材料的比电容，有效地降低阻抗，提高电化学性能，光照后比电容可增加到3025fg-1。

技术特征：

1.一种nico2s4@ni3v2o8@nf复合电极材料的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种nico2s4@ni3v2o8@nf复合电极材料的制备方法，其特征在于，所述镍源(nico2s4)、所述钴源、所述硫源、所述镍源(ni3v2o8)、所述钒酸源比例为0.5-1.2mmol：1-2.2mmol：3-4.2mmol：1.5-2mmol：2-3mmol。

3.根据权利要求2所述的一种nico2s4@ni3v2o8@nf复合电极材料的制备方法，其特征在于，所述nico2s4镍源选择为ni(no3)2·6h2o，所述nico2s4钴源选择为co(no3)2·6h2o，所述nico2s4硫源为ch4n2s，所述ni3v2o8镍源为nicl2·6h2o,所述钒酸源选择为nh4vo3。

4.根据权利要求1所述的一种nico2s4@ni3v2o8@nf复合电极材料的制备方法，其特征在于，乙二醇和去离子水的使用量均为30-50ml，体积之比为1:1。

5.根据权利要求1所述的一种nico2s4@ni3v2o8@nf复合电极材料的制备方法，其特征在于，所述水热反应的温度为110-130℃，时间为24-48h。

6.根据权利要求1所述的一种光辅助超级电容器用nico2s4@ni3v2o8@nf电极材料的制备方法，其特征在于，光照条件为：以100mw cm-2的氙灯作为光源，小于420nm的滤光片将入射光波长范围控制在可见光区。

7.一种nico2s4@ni3v2o8@nf复合电极材料，其特征在于，由如权利要求1-6任一项所述的制备方法制备得到。

8.一种nico2s4@ni3v2o8@nf复合电极材料的应用，其特征在于，如权利要求1-6任一项所述的一种nico2s4@ni3v2o8@nf复合电极材料的制备方法所制备的nico2s4@ni3v2o8@nf复合电极材料应用于超级电容器。

技术总结
本发明涉及一种NiCo<subgt;2</subgt;S<subgt;4</subgt;@Ni<subgt;3</subgt;V<subgt;2</subgt;O<subgt;8</subgt;@NF复合电极材料及其制备方法和应用，包括如下步骤：S1：将镍源硝酸镍，钴源硝酸钴和硫源硫脲加入混合溶液中，得到前驱体溶液；S2：将预先处理好的泡沫镍沉浸到S1得到的前驱体溶液进行水热反应，待冷却到自然室温、洗涤、干燥后得到NiCo<subgt;2</subgt;S<subgt;4</subgt;@NF复合电极材料；S3：将镍源，钒酸源加入到混合溶液中，搅拌均匀，再将步骤S2得到的NiCo<subgt;2</subgt;S<subgt;4</subgt;@NF复合电极材料投入水热复合，待其冷却室温，洗涤并真空干燥，得到NiCo<subgt;2</subgt;S<subgt;4</subgt;@Ni<subgt;3</subgt;V<subgt;2</subgt;O<subgt;8</subgt;@NF复合电极材料。本发明利用钒酸镍复合改善了材料的电化学性能，以泡沫镍为基底可增加材料的比表面积，太阳光可有效增加材料的电化学性能。此方法制得材料方法简单，性能优异，工业前景广阔。

技术研发人员：董振标,舒祥,付泽民,董安平,翟长生,孙宝德
受保护的技术使用者：上海应用技术大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/22