[发明专利]氢氧化钴/硫化铋复合纳米线超级电容电极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高容量超级电容电极材料的制备方法，特别涉及一种氢氧化钴/硫化铋复合纳米线超级电容电极材料的制备方法。

背景技术

随着不可再生资源的消耗和环境污染的加剧，人们对低成本和环境友好型高功率能量源的需求越来越迫切。相比于电池和普通电容，超级电容器具有能够提供高的功率密度和高的能量密度的特点，但传统的双电层超级电容器不能够提供足够高的能量密度，相比较而言，法拉第超级电容器是在电极材料表面或体相的二维或准二维空间上，电极活性物质进行欠电位沉积，发生快速、高度可逆的化学吸附／脱附或氧化／还原反应，产生比双电层电容器更高的比容量。

法拉第超级电容器电极材料目前研究较多的为导电高聚物和金属氧化物及其氢氧化物，相对于导电高聚物而言，金属氧化物及其氢氧化物具有更好的电化学稳定性。RuO_x由于其具有高的能量密度、宽的电压窗口以及高度可逆的氧化还原反应等而成为现在研究的热点，然而，RuO_x高成本问题限制了其工业应用。因此开发高容量、高稳定性的新型电极材料具有重要意义。同时，电极材料的纳米形貌对其电容性能也起着很大的作用，一般体积小、高比表面积的电极材料能够提供更高的容量。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种氢氧化钴/硫化铋复合纳米线超级电容电极材料的制备方法，制备的电极材料具有较高的容量、较好的循环稳定性，并且制作简单、环境友好和使用安全。

本发明的氢氧化钴/硫化铋复合纳米线超级电容电极材料的制备方法，包括以下步骤：

1）在电极基片上制备一层硫化铋的晶种层；

2）将步骤1）得到的有晶种层的电极基片在空气中退火处理；

3）通过水热反应在步骤2）得到的退火后的电极基片上生长一层硫化铋的纳米线，得到长有硫化铋纳米线的电极基片；

4）将步骤3）得到的长有硫化铋纳米线的电极基片作为工作电极，利用电沉积法在硫化铋纳米线上修饰氢氧化钴纳米片，得到氢氧化钴/硫化铋复合纳米线超级电容电极材料。

进一步，所述步骤1）中，电极基片为钛片，先将钛片打磨和清洗后，再在钛片上制备一层硫化铋的晶种层。

进一步，所述步骤1）中，在电极基片上制备硫化铋晶种层的具体步骤为：将硝酸铋与硫脲溶解于乙二醇中，然后将所得溶液滴在电极基片上，刮涂均匀后140℃加热处理5分钟，即在电极基片上制备出一层硫化铋的晶种层。

进一步，所述步骤2）中，退火处理的具体参数为：以5℃/分钟的升温速率升温至350℃退火处理2小时。

进一步，所述步骤3）中，通过水热反应在退火后的电极基片上生长硫化铋纳米线的具体步骤为：将硝酸铋与硫脲溶解于乙二醇中，然后将所得溶液转移至放有退火后的电极基片的水热反应釜中，在140℃下反应10小时，反应结束后取出电极基片，清洗干燥，得到长有硫化铋纳米线的电极基片。

进一步，所述步骤4）中，利用电沉积法在硫化铋纳米线上修饰氢氧化钴纳米片的具体步骤为：将长有硫化铋纳米线的电极基片作为工作电极，铂片作为对电极，饱和甘汞电极作为参比电极，以硝酸钴为电解液，在10～90℃下恒定电位沉积50s，沉积结束后取出电极基片，清洗干燥，得到氢氧化钴/硫化铋复合纳米线超级电容电极材料。

本发明的有益效果在于：

本发明首次利用硫化铋为超级电容的电极材料，同时利用氢氧化钴对其形貌进行修饰，所得到的氢氧化钴/硫化铋复合纳米线材料具有较高的容量（211mF/cm²，在充放电电流密度为0.1mA/cm²）以及较好的循环稳定性（1000次循环后达到初始容量的94%），因此，本发明制备的氢氧化钴/硫化铋复合纳米线材料作为超级电容的电极材料具有较高的容量以及良好的循环稳定性，具有在日常消费类电子产品和需要高能量/功率的大型仪器设备中应用的潜力。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1为实施例1～3制备过程中得到的硫化铋纳米线和氢氧化钴/硫化铋复合纳米线材料的SEM图；

图2为实施例3制备过程中得到的硫化铋纳米线和氢氧化钴/硫化铋复合纳米线材料，以及作为对比的氢氧化钴的XRD表征图；

图3为实施例3制备得到的氢氧化钴/硫化铋复合纳米线材料的EDS图；