IPC分类号 : H01G11/86,H01G11/24,H01G11/30,H01M4/36,H01M4/58
专利摘要
专利摘要
本发明公开了一种CdS@Ni3S2核壳异质结构复合材料及其制备方法和应用，该制备方法包括：1)将泡沫镍置于酸液中进行酸化处理；2)将酸化处理后的所述泡沫镍置于封闭的反应液中进行水热反应，然后进行清洗、干燥以制得所述CdS@Ni3S2核壳异质结构复合材料；其中，所述反应液含有水、硫化镉和硫脲。通过该方法制得的CdS@Ni3S2核壳异质结构复合材料具有优异的电容量、比电容和稳定性，同时该CdS@Ni3S2核壳异质结构复合材料能够作为超级电容器或锂离子电池的电极材料使用；另外，该制备方法工序简单，原料易得、成本低廉。
权利要求
1.一种CdS@Ni
1)将泡沫镍置于酸液中进行酸化处理；
2)将酸化处理后的所述泡沫镍置于封闭的反应液中进行水热反应，然后进行清洗、干燥以制得所述CdS@Ni
其中，所述反应液含有水、硫化镉和硫脲。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤1)中，所述酸液选自盐酸溶液、硫酸溶液或磷酸溶液中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤1)中，所述酸液的浓度为2-4mol/L。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的制备方法，其特征在于，所述酸化处理至少满足以下条件：酸化时间为10-20min，酸化温度为15-35℃。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述酸化处理在超声的环境中进行。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，在步骤1)之后，所述制备方法还包括：将酸化后的所述泡沫镍于超声的条件下进行水洗。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述水洗的时间为5-10min。
8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，在所述反应液中，相对于30-40mL的水，所述硫化镉的含量为0.12-1mmol，所述硫脲的含量为0.8-1.2mmol。
9.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，在步骤2)中，相对于0.15g的所述泡沫镍，所述反应液的用量为30-50mL。
10.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述泡沫镍满足以下条件：厚度为0.8-1.5mm，规格为2cm×2cm-2cm×4cm。
11.根据权利要求8-10中任意一项所述的制备方法，其特征在于，在步骤2)中，所述水热反应至少满足以下条件：反应温度为150-170℃，反应时间为10-14h。
12.一种CdS@Ni
13.一种如权利要求12所述的CdS@Ni
说明书
技术领域
本发明涉及复合材料，具体地，涉及一种CdS@Ni3S2核壳异质结构复合材料及其制备方法和应用。
背景技术
由于化石燃料的消耗和日益严重的环境污染,能源已经成为近年来世界面临的重大问题。为了满足不断增长的能源需求，必须研发功率大、稳定性优异的绿色能源存储设备。超级电容器是最理想的绿色能源存储材料之一，因为其具有功率密度高、循环寿命长和操作安全等优点。目前，提高电容量、增强循环稳定性以及设计优异的电极结构是超级电容器发展不可或缺的一部分。在过去几十年，科学家们对过渡金属氧化物、氢氧化物和导电聚合物材料都进行了广泛的研究，但是仍然存在着电容量小、循环稳定性差的现象，从而影响了超级电容器的实际应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种CdS@Ni3S2核壳异质结构复合材料及其制备方法和应用，通过该方法制得的CdS@Ni3S2核壳异质结构复合材料具有优异的电容量、比电容和稳定性，同时该CdS@Ni3S2核壳异质结构复合材料能够作为超级电容器或锂离子电池的电极材料使用；另外，该制备方法工序简单，原料易得、成本低廉。
为了实现上述目的，本发明提供了本发明提供了一种CdS@Ni3S2核壳异质结构复合材料的制备方法，包括：
1)将泡沫镍置于酸液中进行酸化处理；
2)将酸化处理后的泡沫镍置于封闭的反应液中进行水热反应，然后进行清洗、干燥以制得CdS@Ni3S2核壳异质结构复合材料；
其中，反应液含有水、硫化镉和硫脲。
本发明还提供了一种CdS@Ni3S2核壳异质结构复合材料，该CdS@Ni3S2核壳异质结构复合材料通过上述的制备方法制备而得。
本发明进一步提供了一种上述的CdS@Ni3S2核壳异质结构复合材料在超级电容器或锂离子电池的电极中的应用。
在上述技术方案中，本发明首先通过酸液去除泡沫镍表面的氧化物，接着将较为纯净的泡沫镍在封闭的环境中与硫化镉和硫脲进行水热反应进而生成CdS@Ni3S2核壳异质结构复合材料。通过上述各步骤的协同作用使得制得的CdS@Ni3S2核壳异质结构复合材料具有优异的电容量、比电容和稳定性，其中，在2A cm
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是检测例1中的A1的SEM图；
图2是检测例1中的A1的TEM图；
图3是检测例1中的A1的XRD图；
图4是检测例2中的工作电极的交流阻抗曲线图；
图5是检测例2中的工作电极的循环伏安曲线图；
图6是检测例2中的工作电极的恒流充放电曲线图；
图7是检测例2中的工作电极的循环-比电容曲线图。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
本发明提供了一种CdS@Ni3S2核壳异质结构复合材料的制备方法，包括：
1)将泡沫镍置于酸液中进行酸化处理；
2)将酸化处理后的泡沫镍置于封闭的反应液中进行水热反应，然后进行清洗、干燥以制得CdS@Ni3S2核壳异质结构复合材料；
其中，反应液含有水、硫化镉和硫脲。
在上述制备方法中，酸液的具体种类可以在宽的范围内选择，但是为了使得泡沫镍的表面清洗的更加干净，进而使得制得的CdS@Ni3S2核壳异质结构复合材料具有更优异的电容量、比电容和稳定性，优选地，在步骤1)中，酸液选自盐酸溶液、硫酸溶液或磷酸溶液中的一种或多种。
在上述制备方法中，酸液的浓度可以在宽的范围内选择，但是为了使得泡沫镍的表面清洗的更加干净，进而使得制得的CdS@Ni3S2核壳异质结构复合材料具有更优异的电容量、比电容和稳定性，优选地，在步骤1)中，酸液的浓度为2-4mol/L。
在上述制备方法中，酸化处理的具体条件可以在宽的范围内选择，但是为了使得泡沫镍的表面清洗的更加干净，进而使得制得的CdS@Ni3S2核壳异质结构复合材料具有更优异的电容量、比电容和稳定性，优选地，酸化处理至少满足以下条件：酸化时间为10-20min，酸化温度为15-35℃。
在上述制备方法中，酸化处理可以采用单纯的浸泡的方式进行，同时也可以与去除氧化物的技术手段相结合，如搅拌、震荡，为了使得泡沫镍的表面清洗的更加干净，进而使得制得的CdS@Ni3S2核壳异质结构复合材料具有更优异的电容量、比电容和稳定性，优选地，酸化处理在超声的环境中进行。
在上述制备方法中，为了使得泡沫镍的表面清洗的更加干净，即清除泡沫镍的表面残留的酸液，进而使得制得的CdS@Ni3S2核壳异质结构复合材料具有更优异的电容量、比电容和稳定性，优选地，在步骤1)之后，制备方法还包括：将酸化后的泡沫镍于超声的条件下进行水洗。
在上述水洗工序中，水洗的时间可以在宽的范围内选择，但是为了使得泡沫镍的表面的酸液清洗的更加干净，进而使得制得的CdS@Ni3S2核壳异质结构复合材料具有更优异的电容量、比电容和稳定性，优选地，水洗的时间为5-10min。
在上述制备方法的步骤2)中，反应液中各组分含量可以在宽的范围内选择，但是为了使制得的CdS@Ni3S2核壳异质结构复合材料具有更优异的电容量、比电容和稳定性，优选地，在反应液中，相对于30-40mL的水，硫化镉的含量为0.12-1mmol，硫脲的含量为0.8-1.2mmol。
在上述制备方法的步骤2)中，反应液的用量可以在宽的范围内选择，但是为了使制得的CdS@Ni3S2核壳异质结构复合材料具有更优异的电容量、比电容和稳定性，优选地，在步骤2)中，相对于0.15g的泡沫镍，反应液的用量为30-50mL。
在上述制备方法的步骤2)中，泡沫镍的尺寸可以在宽的范围内选择，但是为了使制得的CdS@Ni3S2核壳异质结构复合材料具有更优异的电容量、比电容和稳定性，优选地，泡沫镍满足以下条件：厚度为0.8-1.5mm，规格为2cm×2cm-2cm×4cm。
在上述制备方法的步骤2)中，水热反应的条件可以在宽的范围内选择，但是为了使制得的CdS@Ni3S2核壳异质结构复合材料具有更优异的电容量、比电容和稳定性，优选地，在步骤2)中，水热反应至少满足以下条件：反应温度为150-170℃，反应时间为10-14h。
本发明还提供了一种CdS@Ni3S2核壳异质结构复合材料，该CdS@Ni3S2核壳异质结构复合材料通过上述的制备方法制备而得。
本发明进一步提供了一种上述的CdS@Ni3S2核壳异质结构复合材料在超级电容器或锂离子电池的电极中的应用。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
实施例1
1)泡沫镍的预处理：在25℃下，将泡沫镍(规格为2cm×2cm，1.3mm，重量为0.1488g)浸泡在2mol/L的盐酸溶液中超声20分钟，接着用去离子水清洗10min；
2)将0.25mmol硫化镉、1mmol硫脲溶解在35ml去离子水中搅拌30 分钟形成混合溶液，接着将酸化处理后的泡沫镍浸没在混合溶液中，然后将反应体系转移至50ml反应釜中并封闭进行水热反应(160℃下反应12h)，冷却取出后，分别用去离子水和无水乙醇洗涤3次，60℃烘干，即可制得 CdS@Ni3S2核壳异质结构复合材料A1。
实施例2
按照实施例1的方法进行制得CdS@Ni3S2核壳异质结构复合材料A2，不同的是：泡沫镍满足以下条件：规格为2cm×3cm，厚度为1mm，重量为 0.148g；混合溶液中硫化镉的含量为0.12mmol、硫脲的含量为0.8mmol；水热反应的条件为150℃下反应10h。
实施例3
按照实施例1的方法进行制得CdS@Ni3S2核壳异质结构复合材料A3，不同的是：泡沫镍满足以下条件：规格为2cm×4cm，厚度为0.8mm，重量为0.147g；混合溶液中硫化镉的含量为1mmol、硫脲的含量为1.2mmol；水热反应的条件为170℃下反应12h。
实施例4
按照实施例1的方法进行制得CdS@Ni3S2核壳异质结构复合材料A4，不同的是：混合溶液中硫化镉的含量为1mmol、硫脲的含量为1.2mmol。
实施例5
按照实施例1的方法进行制得CdS@Ni3S2核壳异质结构复合材料A5，不同的是：泡沫镍满足以下条件：规格为2cm×3cm，厚度为1.5mm，重量为0.1498g；混合溶液中硫化镉的含量为1mmol、硫脲的含量为1.2mmol；水热反应的条件为160℃下反应14h。
检测例1
1)通过扫描电子显微镜(SEM)对A1进行形貌分析，结果如图1所示，表明A1为核壳纳米结构。
2)通过透射电子显微镜(TEM)对A1进行分析，结果如图2所示。进一步表明了A1为核壳异质结构。
3)通过X射线衍射仪(XRD)检测A1，结果如图3所示，将图3与 JCPDS标准卡片NO.77-2306所对应的CdS衍射峰以及JCPDS标准卡片 NO.44-1418所对应的Ni3S2的衍射峰完全吻合，从而有力地证明A1为 CdS@Ni3S2复合材料。
按照上述相同的方法检测A2-A5，结果显示，A2-A5的检测结构与A1 的检测结果基本保持一致。
检测例2
以下测试所用仪器均为CHI660E电化学工作站(上海辰华仪器有限公司制造)。以下测试均采用三电极体系，其中，将CdS@Ni3S2复合材料A1、乙炔黑、聚四氟乙烯(PTFE)按照8：1：1的重量比制得工作电极，以铂丝电极和饱作为对电极、甘汞电极(SCE)作为参比电极；以3mol/L的KOH 溶液作为电解液。
1)电化学阻抗谱法测试
通过电化学阻抗谱法检测工作电极在循环100圈前后交流阻抗图谱对比，结果如图4所示，其中，1th曲线表示工作电极在循环之前的交流阻抗曲线，100th曲线表示工作电极在100圈循环之后的交流阻抗曲线。
交流阻抗谱分为高频区部分和低频区部分，由高频区的一段半圆的弧形和低频区的一条斜直线组成。在高频区阻抗谱与实轴的交点为工作电极的内阻，包括活性材料本身的电阻、电解液的电阻和活性材料与电解液的接触电阻。在高频区可以发现工作电极在循环之前和100次循环之后时的曲线近似，高频区的曲线在循环之前和循环之后越接近越是优异的超级电容器的电极材料，由此表明了A1可以作为超级电容器的电极材料。
2)循环伏安法(CV)测试
分别以5mV s
其中，电容计算公式为： I为电流大小，v为扫速，△V为电势差，m为工作电极片上样品的质量。
3)恒电流充放电(CP)测试
分别在2mA cm
其中，电容计算公式为：Cm＝(I·t)/(△V·m)，I为电流大小，t为放电时间，△V为电势差，m为工作电极片上样品的质量。
4)循环性能检测
在6mA cm
按照上述相同的方法检测A2-A5，结果显示，A2-A5的检测结构与A1 的检测结果基本保持一致。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
CdS@Ni 3 S 2 核壳异质结构复合材料及其制备方法和应用专利购买费用说明
Q：办理专利转让的流程及所需资料
A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。
1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。
2：按规定缴纳著录项目变更手续费。
3：同时提交相关证明文件原件。
4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。
Q:专利著录项目变更费用如何缴交
A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式
Q：专利转让变更，多久能出结果
A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。
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