[发明专利]一种二硫化镍碳纳米复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种二硫化镍碳纳米复合材料及其制备方法和应用，所述复合材料为：二硫化镍纳米片外包覆碳层。制备方法包括：水热法制备氢氧化镍纳米片前驱体，磁力搅拌分散于去离子水得氢氧化镍纳米片前驱体均匀分散液，加入缓冲剂三羟甲基氨基甲烷盐酸盐，采用pH＝13的碱溶液调节pH为8.5，加入盐酸多巴胺，于室温下磁力搅拌原位聚合，洗涤，离心干燥，得氢氧化镍纳米片前驱体/聚多巴胺复合材料，与升华硫粉于管式炉氮气氛围一定温度热处理硫化，即得。本发明的制备工艺简洁，操作容易，材料制备过程绿色无毒环境友好，制备的二硫化镍碳纳米复合材料结构稳定，形貌均匀，分散良好。所得的二硫化镍碳复合材料可成为一种理想的高性能锂离子电池和超级电容器等新能源器件的电极材料。

技术领域

本发明属于过渡金属硫化物碳复合材料及其制备领域，特别涉及一种二硫化镍碳纳米复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

现代科技的迅速发展造成了像煤，石油，天然气等传统能源材料的严重短缺，寻找清洁可再生能源材料并应用高效的能源存储及转换设备已然成为目前急需解决的问题。锂离子电池，超级电容器，太阳能电池等传统能源转换器件能够很好地将材料最大效率的转换为我们所需的能量，前提是寻找到非常合适的电极材料。通常来说，锂离子电池负极材料主要有三大类：碳材料、导电聚合物以及过渡金属硫化物。由于过渡金属硫化物具有很高的理论比容量，储存量充足，因此一直以来成为锂电负极材料的研究热点。但是通常过渡金属硫化物都是以纳米颗粒或者纳米片的形式存在，在长时间的充放电过程中及其容易出现结构坍塌或者颗粒团聚的现象，从而影响其最终电化学性能。

另外，过渡金属硫化物本身导电性并不是特别优异，对其电化学性能也有很大影响，目前大多数做法都是制备不同形貌结构的过渡金属硫化物及其与碳质材料的复合物，但大多数都是与石墨烯，碳纳米管，水热碳等制备得到单纯的不规则复合物，而制备具有规则均匀形貌结构的硫化物碳核壳复合材料仍然是一个很大的挑战。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种具有规则均匀形貌结构的硫化物碳核壳复合材料。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种二硫化镍碳纳米复合材料，其特征在于，包括二硫化镍纳米片，所述的二硫化镍纳米片外包覆一层碳层。

进一步地，所述的二硫化镍碳纳米复合材料的整体构造为均匀的纳米片形状，碳层完好的包覆在二硫化镍纳米片表面。

本发明还提供了上述的二硫化镍碳纳米复合材料的制备方法，其特征在于，包括：水热法制备氢氧化镍纳米片前驱体，将氢氧化镍纳米片前驱体分散于溶剂中，加入盐酸多巴胺进行原位聚合，形成氢氧化镍纳米片前驱体/聚多巴胺复合材料，将氢氧化镍纳米片前驱体/聚多巴胺复合材料与硫粉混合，煅烧硫化，得二硫化镍碳复合材料。

优选地，所述的水热法制备氢氧化镍纳米片前驱体的具体步骤包括：将六水合硝酸镍和六亚甲基四胺溶解于去离子水中，100-120℃下反应12-36h，产物沉淀用去离子水反复洗涤多次，真空烘箱干燥，得氢氧化镍纳米片前驱体。

优选地，所述的将氢氧化镍纳米片前驱体分散于溶剂中的具体步骤包括：将氢氧化镍纳米片前驱体加入到溶剂中，搅拌，得到氢氧化镍纳米片前驱体分散液。

更优选地，所述的溶剂为水；分散时间为0.5～2h；氢氧化镍纳米片前驱体在水溶液中分散液的浓度为0.5～5mg/mL，优选2mg/mL。

优选地，所述的加入盐酸多巴胺进行原位聚合的具体步骤包括：将缓冲试剂三羟甲基氨基甲烷盐酸盐，加入到氢氧化镍纳米片前驱体分散液中，采用pH＝13的碱溶液调节pH为8-9，搅拌均匀，得到混合液；将盐酸多巴胺加入上述混合液，室温下原位聚合12-48h，洗涤，干燥，得氢氧化镍纳米片前驱体/聚多巴胺复合材料。

更优选地，所述的三羟甲基氨基甲烷盐酸盐的浓度为10mmol/L，pH＝13的碱溶液为KOH，NaOH，氨水中的至少一种，优选NaOH，原位聚合时间优选24h。