[发明专利]一种g-C3N4/NiCo2S4复合材料、制备方法及其应用

说明书

一种g‑C3N4/NiCo2S4复合材料、制备方法及其应用。具体是将g‑C3N4和NiCo2S4混合得到，该混合可以是固相混合，也可以是液相混合，本发明得到的g‑C3N4/NiCo2S4复合材料能极大的增加了提高材料的稳定性，将复合电极作为超级电容器工作电极材料进行测试，在大电流密度条件下仍能具有较高的比电容量、较好的倍率性能和循环稳定性。

技术领域

本发明属于复合材料领域，特别涉及一种具有高倍率、较高循环稳定性的电化学电容器 g-C₃N₄/NiCo₂S₄复合电极材料、制备及其应用。

背景技术

随着全球经济的快速发展，石油煤炭的急剧消耗，以及不断恶化的环境污染问题。对人们开发更高效、清洁、可持续能源以及与能源转换与存储的新技术提出了迫切的需求。近年来各种省能源技术、清洁可再生的新能源技术以及环境技术的开发和利用受到了广泛地关注，如电动汽车、风能、太阳能、潮汐能等。不管是电动汽车行业的发展还是二次能源的利用，寻找合适的储能装置是其中至关重要的环节。电化学电容器是一种介于传统电容器和充电电池之间的一种新型储能装置，它因其高的功率密度，长的使用寿命，以及其填补了传统电容器(有高功率密度)和电池(高的能量密度)之间空白的作用而越来越吸引人们的注意。与基于静电吸附而存储电能的传统电容器相比，超级电容器具有较大的存储能力，其存储能力能达到传统电容器的20-200倍。而与电池相比，特别是与锂离子电池等相比，超级电容器具有更高的功率密度和循环稳定性。此外，超级电容器还具有充放电速度快、效率高、对环境无污染、循环寿命长、使用温度范围宽、安全性高等特点。超级电容器自面市以来，全球需求量快速扩大，已成为化学电源领域内新的产业亮点。电极材料是超级电容器最重要的组成部分，其电化学性质直接决定了超级电容器的性能，因而对电极材料的评估和量化是非常重要的。作为影响超级电容器性能的最为主要的因素，如何设计和制备具有优异电化学性能的电极材料成为解决超级电容器现有问题的关键所在。

NiCo₂S₄作为一种新型的三元硫化物材料最近被人们所研究，在光/电催化、锂离子电池以及电化学电容器领域有着广泛的应用。最近有研究表明，NiCo₂S₄表现出来更多的是导体的性质，而不是传统所认为的半导体。这些研究说明，单纯的NiCo₂S₄能具有较好的导电性能。但是，单纯的NiCo₂S₄作为电化学电容器电极材料使用时，往往表现出令人不满意的性能，如倍率性能不高、循环稳定性不足、在大电流(如在10A/g的电流密度以上)下电容值较低等缺陷。因此，如何克服上述缺陷是NiCo₂S₄基电极材料发展的重要问题。

g-C₃N₄，即石墨相的C₃N₄，是五种C₃N₄中最稳定的一种。g-C₃N₄独特的结构决定了其独特的性质，并赋予了其在光催化领域的广泛应用。目前，g-C₃N₄主要应用于光催化污染物分解、光解水制氢制氧、光催化有机合成和光催化氧气还原等，在电化学电容器领域的研究非常少，这主要是由于g-C₃N₄自身的导电性能相对石墨烯等较差、电容也较低。

但本申请的申请人经过大量研究后发现，以g-C₃N₄和NiCo₂S₄组成的复合材料作为超级电容器电极材料，能表现出优异的电化学性能，主要表现在具有较高的较高的倍率性能、大电流下具有优异的电容、以及较高的循环稳定性。

但目前，还未发现有报道将g-C₃N₄与NiCo₂S₄复合制备复合材料。