[发明专利]一步水热法制备大小可控二硫化三镍空心球的方法

说明书

本发明公开了一步水热法制备大小可控二硫化三镍空心球的方法。本发明涉及一种一步水热法制备大小可控二硫化三镍空心球的方法，该方法充分利用尿素对软模板剂以及硫源释放硫速率的影响，在合成二硫化三镍空心球的同时，实现在亚微米到纳米级灵活控制空心球的大小。本此公开的发明具有制备工艺简单，条件温和，生产成本低，效率高，不使用有毒有害试剂，对环境友好等优点。另外，经电化学实验，证明所得到的材料在水系电解液体系下，具有良好的超级电容特性。本发明所制备的二硫化三镍可以实现空心球粒径在亚微米到纳米尺度内的灵活调控，此外本发明还具有制备工艺简单，条件温和，生产成本低，效率高，不使用有毒有害试剂，对环境友好等优点。

技术领域

本发明涉及一种一步水热法制备大小可控二硫化三镍空心球的方法，属于纳米材料和储能材料领域。

背景技术

超级电容器又称为双电层电容器、电化学电容器、法拉电容等，是一种新型的储能装置。兼有传统电容器和二次电池的特性具有高比能量和高比功率特性，有效填补了普通电容器与电池之间的空白。从超级电容器电极材料来看，其大致可分为碳基材料、金属氧化物(氢氧化物、硫化物)和导电聚合等。碳基材料主要是为通过碳电极附近形成的双电层进行储能。而金属硫化物等鹰电容材料不仅能够像碳材料那样储存电荷，并且能够在合适的电势窗口下在电极活性材料与电解质溶液间发生电化学法拉第反应，因此其能够提供比传统碳材料更高的能量密度和比导电聚合物更高的电化学稳定性。

硫化镍是一类重要的过渡金属硫化物，包括Ni₃S₂，Ni₆S₅, Ni₇S₆, Ni₉S₈, NiS,Ni₃S₄和NiS₂等。近年来，二硫化三镍以其价格低廉、环境友好、高电子传导率及容易构造等优点，吸引了广大研究者将其应用在能量存储与转换器中。在不同形貌的二硫化三镍材料中，中空结构材料以其具有大比表面积、多活性位点及密度低等特点，被认为是一种在能源存储与转换系统应用中很有前途的候选材料。其独特的结构增大了活性材料与电解质溶液的活性接触面积并且降低了电解质离子在活性材料体系中的传输路径，极大的提高材料的性能。

依据现有文献，制备二硫化三镍空心球的主要方法有高温气相法、硬模板法、纳米铸造法、微波辅助的溶剂热法等。上述的制备方式不仅需要提前制备模板，工艺复杂，而且反应条件苛刻，产率较低。此外上述方法在制备过程中无法灵活有效地控制空心球的粒径，无法应对实际运用中多变的要求。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的不足提供一种水热法制备大小可控二硫化三镍空心球超级电容器的方法。该方法充分利用尿素对软模板剂以及硫源释放硫速率的影响，在合成二硫化三镍空心球的同时，实现在亚微米到纳米级灵活控制空心球的大小。本此公开的发明具有制备工艺简单，条件温和，生产成本低，效率高，不使用有毒有害试剂，对环境友好等优点。另外，经电化学实验，证明所得到的材料在水系电解液体系下，具有良好的超级电容特性。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种一步水热法制备大小可控二硫化三镍空心球的方法，其特征在于该方法的具体步骤为：

a. 将十六烷基三甲基溴化铵分散于去离子水，充分混合均匀，得到质量百分比浓度为0.6% ~ 2.5%的十六烷基三甲基溴化铵水溶液；然后向该溶液中加入尿素，并充分混合均匀；其中尿素与十六烷基三甲基溴化铵的质量比为：0~ 3:50；

b. 向步骤a所得的混合溶液中加入可溶性镍盐，并充分混合均匀； 其中可溶性镍盐与十六烷基三甲基溴化铵的质量比为：1:4 ~ 2:1；

c. 向步骤b所得的混合溶液中缓慢加入水溶性硫化合物，充分混合均匀后，在180~250℃下反应24~36小时；其中水溶性硫化合物与可溶性镍盐的质量比为：3:10 ~ 1:1；