一種穩定的GO-NiCoS-NiMoLDH復合材料及其制備方法和應用技術

本發明專利技術公開了一種GO

A stable go Nicos nimoldh composite and its preparation method and Application

【技術實現步驟摘要】
一種穩定的GO
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NiCoS
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NiMoLDH復合材料及其制備方法和應用


[0001]本專利技術涉及氧化石墨烯作為基體材料和金屬硫化物的制備技術，具體涉及一種結構穩定的碳基超級電容器（SCs）復合材料及其制備方法和應用。

技術介紹

[0002]近年來，超級電容器(SCs)作為一種新興的儲能器件，以其功率密度高、充放電速度快、工作溫度范圍寬、循環壽命長等優點引起了廣泛關注，成為最合適的儲能和轉換設備之一。超級電容器的電化學性能已經由電極材料決定，成為研究的重點。電極材料作為SCs的關鍵元件之一，對提高其電化學性能起著重要的作用。為了滿足日益增長的能量/功率密度的需求，人們付出了巨大的努力來尋找有前途的電極材料。過渡金屬硫化物由于其優異的電容和相對高于氧化物的導電性，最近作為一種有前途的贗電容電極材料被廣泛研究。特別是納米結構的鎳鈷硫化物(NiCo2S4)比單組分硫化物(NiS
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和CoS
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)具有更高的電化學活性和更高的容量，因為可以發生更多的氧化還原反應。更重要的是，NiCo2S4的電導率至少比NiCo2O4高兩個數量級，因為硫的電負性低于氧的電負性，所以用硫取代氧可以產生更靈活的結構。因此，近年來NiCo2S4作為一種很有前途的電極材料引起了人們的廣泛關注。然而，大多數NiCo2S4納米結構往往會隨機生長并組裝成龐大的形式，例如花狀或球形的宏觀結構。它具有表面積小、化學不穩定性和機械性能弱的缺點，在長期充放電過程中容易被氧化還原反應破壞，導致倍率性能和循環穩定性較差。新型納米結構材料的開發將有效提高活性材料的利用率，因為它們具有高表面積和短的電子和離子傳輸途徑。探索簡單但有效的策略來優化其贗電容特性至關重要。為了克服這些障礙，碳納米管、石墨烯和碳纖維等導電碳材料由于其高比表面積而被廣泛研究作為贗電容材料的碳質載體。石墨烯由于其高導電性、電化學穩定性、高表面積和極大的柔韌性而被認為是最有前途的金屬納米顆粒生長基質。許多結果已經證實，石墨烯和其他功能性納米粒子的結合可以實現協同效應，從而提高電化學性能。石墨烯作為碳質載體，是最受歡迎的碳材料，由具有二維六邊形蜂窩結構的單層碳原子組成，其物理結構穩定、比表面積大碳纖維布憑借其獨特的柔韌性而獲得了越來越多的研究關注，利用石墨烯獨有的2D層狀結構可以有效構建出理想的電極材料結構，具有豐富的孔隙結構。石墨烯與非碳材料復合時，石墨烯作為碳基材，促進了其它活性成分的均勻分布從而構建了導電網絡，有效增加了電極材料循環壽命。因此，石墨烯基電極材料兼具良好的離子傳輸通道和電子傳輸通道，這一優勢有利于電極材料電化學性能的提高。而其他碳質基質很難做到這一點。層狀雙金屬氫氧化物（LDH）由于具有比電容高、成本低、環境友好等優點，近年來成為研究的熱點。特別是層狀雙金屬氫氧化物獨特的結構設計，包括超薄納米結構、特定的三維結構和納米網絡結構，可以有效提高法拉第氧化還原過程中的電子轉移和傳質速率。本研究將NiCo2S4納米片均勻負載在層狀的石墨烯上，并將制備的NiMoLDH納米片生長在NiCo2S4納米片上，形成納米花結構，這種結構可以避免納米片的聚集，從而提高材料的電化
學活性。將NiMoLDH添加到GO@NiCo2S4有幾個優點。首先，過渡金屬Ni和Mo的結合提供了更多的活性位點，提高了導電性能。這些相互連接的層狀2D納米片創造了具有開放空間的層狀3D納米結構;這種特性提供了互連的納米通道和合適的介孔分布，有利于電活性物質和電解質之間OH
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離子的擴散和滲透，有利于電解質的傳輸。其次，超薄納米結構提供了更多的表面電活性物質參與法拉第氧化還原反應。這將導致一個增強的法拉第氧化還原反應?，F有技術1（Ceramics International，2021年47卷，DOI: 10.1016/j.ceramint.2021.05.325），Hsiang等人通過水熱法在還原氧化石墨烯（RGO）基質上成功地生長了NiCo2S4納米顆粒作為超級電容器的電極材料，在1
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15Ag
?1下具有963
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700Fg
?1的優異比電容，70%的高電容保持率和3000次循環的長循環壽命。文獻表明，石墨烯和NiCo2S4復合可以提高性能。此外，提高NiCo2S4材料的比電容，還可以通過在NiCo2S4表面負載層狀雙金屬氫氧化物進行實現。層狀雙金屬氫氧化物由于具有高比電容、低成本和環境友好等優點。特別是層狀雙金屬氫氧化物設計的獨特架構，包括超薄納米結構、特定三維結構、和納米網絡結構，可以有效提高法拉第氧化還原過程中的電子轉移和傳質速率。現有技術2（Journal of Alloys and Compounds，2017年705卷，DOI: 10.1016/j.jallcom.2017.02.188），）luo等人通過氣相水熱法制備NiCo2S4/NiCoLDH。NiCo2S4/NiCoLDH納米復合材料具有分層結構，其中較小尺寸的互連NiCo2S4納米片負載在NiCoLDH納米片上，實現了在1 A g
?1的電流密度下具有的比電容為1765 F g
?1。文獻表明，NiCo2S4和NiCoLDH復合提高電化學性能。改善NiCo2S4比電容較低、比表面積低的問題，可以通過在NiCo2S4表面負載層狀雙金屬氫氧化物進行實現，以獲得法拉第電容，提高復合材料的比電容?，F有技術3（International Journal of Hydrogen Energy，2021年46卷，DOI: 10.1016/j.ijhydene.2021.04.071），）Jeghan等人通過水熱法制備NiMoLDH納米花，由鉤針編織的二維納米片組成,這些相互連接的分層2D納米片創建了具有開放空間的分層3D納米結構；此外，這一特征提供了一個大的可接觸表面，這為氧化還原反應、雙電層電容和寬敞的離子庫提供了豐富的電活性位點，以增強電極內的擴散動力學?，F有技術表明，NiCo2S4作為超級電容器的電極材料具有應用前景，但是，NiCo2S4在超級電容器電極材料中的進一步應用受到其表面積小、化學不穩定性和機械性能弱的缺點，在長期充放電過程中容易被氧化還原反應破壞，導致倍率性能和循環穩定性較差的限制，因此，必須開發出有效的方法來克服這些缺點。因此，通過合理的制備方法，對材料的形貌進行控制，得到以石墨烯為基體的NiCo2S4材料以及層狀雙金屬氫氧化物復合電極材料，是提高材料性能的有效途徑。

技術實現思路

[0003]本專利技術的目的是提供一種穩定的碳基金屬硫化物復合材料及其制備方法和應用。為了解決提升碳基金屬硫化物復合材料的電化學性能和電化學循環穩定性的問題，本專利技術人采用的方法為：在GO基底材料上均勻負載NiCo2S4納米片，同時，在其表面嵌入NiMoLDH納米片的技術方法，制備一種結構穩定的GO
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NiCoS
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NiMoLDH復合材料。其中，負載NiCo2S4的作用包括：
1、NiCo2本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種GO
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NiCoS
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NiMoLDH復合材料，其特征在于：由氧化石墨烯GO、片狀NiCo2S4和納米花狀NiMoLDH構成；其中，GO為基體材料，微觀形貌為納米片結構，作用是導電基底利于電子的超高速輸運；NiCo2S4的微觀結構為納米片結構，負載于GO的表面，作用是提供額外贗電容；NiMoLDH的微觀結構為納米片結構，嵌于NiCo2S4納米片結構的表面，作用是增大NiCo2S4的比表面積。2.根據權利要求1所述的GO
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NiCoS
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NiMoLDH復合材料，其特征在于：制備方法為兩步水熱法，所用起始原料為GO、四水合乙酸鎳、乙酸鈷、乙二醇、硫脲、硝酸鎳、尿素、去離子水、鉬酸鈉為起始原料。3.一種GO
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NiCoS
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NiMoLDH復合材料的制備方法，其特征在于包括以下步驟：步驟1，GO
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NiCo2S4的制備，將一定量的四水合乙酸鎳、四水合乙酸鈷和硫脲溶于乙二醇后，再加入一定量一定濃度的GO水溶液，得到第一次水熱反應液，然后，在一定條件下進行第一次水熱反應，反應產物再經蒸餾水、無水乙醇洗滌后，在一定條件下進行干燥，即可得到GO
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NiCo2S4；步驟2，GO
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NiCoS
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NiMoLDH的制備，將一定量的硝酸鎳、鉬酸鈉和尿素溶于水中，得到混合溶液，然后，將步驟2所得GO
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NiCo2S4加入到混合溶液中，在一定條件下進行第二次水熱反應，反應產物再經蒸餾水、無水乙醇洗滌后，在一定條件下進行干燥，即可得到GO
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NiCoS
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NiMoLDH復合材料。4.根據權利要求3所述的制備方法，其特征在于：所述步驟1四水...

【專利技術屬性】
技術研發人員：鄒勇進，程成，向翠麗，徐芬，孫立賢，
申請(專利權)人：桂林電子科技大學，
類型：發明
國別省市：