[发明专利]锚定在含氮空心碳基体内表面的硫化镍纳米片的制备方法、制得的产物及其应用

说明书

本发明公开一种锚定在含氮空心碳基体内表面的硫化镍纳米片的制备方法，涉及纳米材料技术领域，本发明包括以下步骤：(1)在室温下，将氯化镍、聚乙烯吡咯烷酮和2‑甲基咪唑分别溶在甲醇中，得到氯化镍溶液和2‑甲基咪唑溶液；(2)将溶液混合搅拌，静止后，离心获得前驱物；(3)将前驱物在惰性气体气氛中加热碳化后超声分散在去离子水中，加混合酸；(4)洗涤干燥，将样品与硫粉分别放置在管式炉的下风口和上风口，加热保温。本发明还提供采用上述制备方法获得的产物及应用。本发明的优点为：本方法安全易行，合成周期短，可以大量制备有望得到推广和产业化应用，该材料在电池、电化学储能和催化等方面具有很大的应用潜力。

技术领域

本发明涉及纳米材料技术领域，具体涉及一种锚定在含氮空心碳基体内表面的硫化镍纳米片的制备方法、制得的产物及其应用。

背景技术

锂离子电池由于能量密度高、循环寿命长，近年来在便携式电子设备和电动汽车上得到了广泛的商业应用。考虑到锂资源的不均匀分布和地壳中锂资源的稀缺(20ppm)，开发基于低成本且在地球上含量丰富的元素如钠(23000ppm)钾(17000ppm)的可充电金属离子电池是可取的。此外，钠和钾与锂具有相似的物理化学性质和电化学反应机理，使SIBs和KIBs成为 LIBs很有前途的替代品。因此，探索具有合适结构的可逆转负极材料用于高性能的钠离子电池和钾离子电池是至关重要的。

一般来说，高比表面积的多孔碳质材料对SIBs和KIBs都能表现出良好的循环稳定性，但理论容量有限，无法满足未来应用的需要。然而金属硫化物具有理论容量高但存在稳定性差难题，如公开号为CN 108933249 A 的专利申请公开一种硫化镍含碳复合电极材料及其制备方法、钠离子负极电池材料，公开号为CN 110002424 A的专利申请公开氮和氧共掺杂多孔碳材料、制备方法及其应用，因此，制作优良的阴极材料高容量和循环稳定性对于钠离子电池、钾离子电池是关键。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种具有高容量和循环稳定性的硫化镍纳米片。

本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题：

一种锚定在含氮空心碳基体内表面的硫化镍纳米片的制备方法，包括以下步骤：

(1)在室温条件下，将氯化镍溶解在甲醇中，形成溶液A，将聚乙烯吡咯烷酮和2-甲基咪唑分别溶解在甲醇中，形成溶液B，其中溶液A的浓度为13.3-16.3mg/mL，聚乙烯吡咯烷酮的浓度为16.7-30mg/mL，2-甲基咪唑的浓度为21.9-32.8mg/mL；

(2)将步骤(1)中的将得到的溶液A和溶液B混合搅拌，静止后，离心获得前驱物；

(3)将前驱物在惰性气体气氛中加热碳化，将得到的黑色样品超声分散在去离子水中，然后加入混合酸回流刻蚀；

(4)将回流刻蚀后的样品洗涤后干燥，将干燥后的样品与硫粉分别放置在管式炉的下风口和上风口，加热保温，即获得锚定在含氮空心碳基体内表面的硫化镍纳米片。

有益效果：本发明制得的纳米片比容量和稳定性较优，现有技术中采用金属与硫直接反应，合成的金属硫化物团聚严重，暴露活性位点少；而本发明可以通过氯化镍与2-甲基咪唑在常温下制备前驱物，前驱体的形貌为片装组成的纳米球，再在氮气中煅烧前驱物得到黑色材料，再通过回流刻蚀，进而和硫粉在管式炉反应，从而得到锚定在氮掺杂空心内表面的硫化镍材料，改变了金属硫化物形貌，工艺简单。

本发明采用常温法，制备过程中氯化镍提供镍离子，聚乙烯吡咯烷酮作为表面活性剂，使镍离子与2-甲基咪唑能够接触反应，如果未添加2-甲基咪唑、聚乙烯吡咯烷酮，前驱物无法生成。若甲醇的添加量过少，则物质无法溶解，过多则造成浪费。若制备过程中参数改变，前驱体形貌会发生改变，形貌会变得无规则甚至没有前驱物产生。

优选地，所述步骤(2)中混合搅拌5min后，在室温下静置24h。