CN113593923A - 硫化钴/石墨烯-多壁碳纳米管复合材料的制备方法及其在超级电容器中的应用与测试方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种硫化钴/石墨烯‑多壁碳纳米管复合材料的制备方法及其在超级电容器中的应用与测试方法，属于超级电容器材料领域，硫化钴/石墨烯‑多壁碳纳米管复合材料包括：Co(NO3)2·6H2O、硫脲、氧化石墨烯和多壁碳纳米管悬浮液、蒸馏水。本发明所制备的硫化钴/石墨烯‑多壁碳纳米管复合材料中硫化钴、石墨烯、碳纳米管三者能有效结合；能够降低石墨烯的堆叠程度，同时也能够降低碳纳米管的团聚，所制备的硫化钴/石墨烯‑多壁碳纳米管复合材料具有独特的多级结构，有效地抑制了硫化钴自身的团聚，具有高电化学活性的硫化钴纳米片得到充分暴露，材料表明分布着较丰富的碳纳米管，碳纳米管复合硫化钴纳米材料具有高导电性。

Description

硫化钴/石墨烯-多壁碳纳米管复合材料的制备方法及其在超 级电容器中的应用与测试方法
技术领域
本发明属于超级电容器材料领域，涉及一种硫化钴/石墨烯-多壁碳纳米管复合材料的制备方法及其在超级电容器中的应用与测试方法。
背景技术
石墨烯具有优异的物理化学性能，如较高的导电性、优异的力学性能、高的比表面积、质轻密度低和良好的化学稳定性等。这些特殊性质使其广泛应用于催化剂载体、高分子纳米复合材料、能量转换与储存器件的柔性基底材料等领域，被认为是未来十大最具潜力的新材料之一。
然而石墨烯片层易于堆叠，使石墨烯的优异性能得不到充分利用，在充放电过程中载体会发生体积膨胀，导致容量降低。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种硫化钴/石墨烯-多壁碳纳米管复合材料的制备方法及其应用，所制备的硫化钴/石墨烯-多壁碳纳米管复合材料表明分布着较丰富的碳纳米管，碳纳米管复合硫化钴纳米材料具有高导电性，电极在1-5A/g的电流密度下能保持较好的容量。
根据本发明第一方面实施例的硫化钴/石墨烯-多壁碳纳米管复合材料的制备方法，包括以下步骤：
1.一种硫化钴/石墨烯-多壁碳纳米管复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、称取1.184重量份Co(NO3)2·6H2O和0.3882重量份硫脲置于烧杯中，加入0.02重量份的分散好的氧化石墨烯和多壁碳纳米管悬浮液和9重量份的蒸馏水，超声溶解10-15min；
S2、超声溶解后，强力搅拌30min，得到均一溶液，然后将混合液转移至带聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，在180℃烘箱内水热反应24h；
S3、反应完成后，将反应沉淀物冷冻干燥12h，产物即为硫化钴/石墨烯-多壁碳纳米管复合材料。
优选地，在步骤S1中，分散好的氧化石墨烯和多壁碳纳米管悬浮液中氧化石墨烯和多壁碳纳米管质量比8:2。
根据本发明第二方面实施例的硫化钴/石墨烯-多壁碳纳米管复合材料在超级电容器中的应用，所述硫化钴/石墨烯-多壁碳纳米管复合材料由上述制备方法制备获得。
根据本发明第三方面实施例的硫化钴/石墨烯-多壁碳纳米管复合材料在超级电容器中的测试方法，包括如下步骤：
步骤一、室温条件下，将一片泡沫镍放入烧杯，依次用丙酮、0.5M的盐酸、蒸馏水、无水乙醇超声20分钟后，烘干后称量备用；
步骤二、将硫化钴/石墨烯-多壁碳纳米管复合材料、超导碳黑和聚偏氟乙烯置于研钵中反复研磨0.5h，滴加2滴N-甲基吡咯烷酮溶液再次研磨后，将浆料均匀的涂抹在清洗烘干后的泡沫镍上；
步骤三、真空干燥，得到正极工作电极并称量之后，用6M KOH作为电解液，铂电极作为对电极，饱和甘汞电极做为参比电极进行三电极的电化学测试。
优选地，泡沫镍尺寸为1*4cm2。
优选地，硫化钴/石墨烯-多壁碳纳米管复合材料、超导碳黑和聚偏氟乙烯按重量百分比计分别为80％、10％、10％。
优选地，真空干燥6h，保持温度为60℃。
本发明的有益效果是：所制备的硫化钴/石墨烯-多壁碳纳米管复合材料在2θ＝32.2°有一个衍射峰，复合材料中硫化钴、石墨烯、碳纳米管三者能有效结合；碳纳米管和石墨烯相互作用，能够降低石墨烯的堆叠程度，同时也能够降低碳纳米管的团聚，所制备的硫化钴/石墨烯-多壁碳纳米管复合材料具有独特的多级结构，有效地抑制了硫化钴自身的团聚，具有高电化学活性的硫化钴纳米片得到充分暴露，材料表明分布着较丰富的碳纳米管，碳纳米管复合硫化钴纳米材料具有高导电性；本发明的电极在1-5A/g的电流密度下能保持较好的容量。
附图说明
图1为本发明的硫化钴(CoS2)/石墨烯-多壁碳纳米管复合材料的X射线衍射图；
图2为本发明的硫化钴(CoS2)/石墨烯-多壁碳纳米管复合材料的扫描电镜照片；
图3为本发明的硫化钴(CoS2)/石墨烯-多壁碳纳米管复合材料在不同电流密度下的比容量曲线图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
一种硫化钴/石墨烯-多壁碳纳米管复合材料，按重量份计：
1.184gCo(NO3)2·6H2O；
0.3882g硫脲；
20mg的分散好的氧化石墨烯和多壁碳纳米管悬浮液；
90ml蒸馏水。
具体的，分散好的氧化石墨烯和多壁碳纳米管悬浮液中氧化石墨烯和多壁碳纳米管质量比8:2。
一种硫化钴/石墨烯-多壁碳纳米管复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、称取1.184gCo(NO3)2·6H2O和0.3882g硫脲置于250ml烧杯中，加入20mg的分散好的氧化石墨烯和多壁碳纳米管悬浮液和90ml蒸馏水，超声溶解10-15min；
S2、超声溶解后，强力搅拌30min，得到均一溶液，然后将混合液转移至带聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，在180℃烘箱内水热反应24h；
S3、反应完成后，将反应沉淀物冷冻干燥12h，产物即为硫化钴/石墨烯-多壁碳纳米管复合材料；
S4、作为对比，在上述过程中，不加GO溶液，所得产物即为纯CoS2。
硫化钴/石墨烯-多壁碳纳米管复合材料超级电容器器件组装与测试，室温条件下，将一片泡沫镍放入烧杯，依次用丙酮、0.5M的盐酸、蒸馏水、无水乙醇超声20分钟后，烘干后称量备用；将硫化钴/石墨烯-多壁碳纳米管复合材料、超导碳黑和聚偏氟乙烯置于研钵中反复研磨0.5h，滴加2滴N-甲基吡咯烷酮溶液再次研磨后，将浆料均匀的涂抹在清洗烘干后的泡沫镍上，真空干燥，得到正极工作电极并称量之后，用6M KOH作为电解液，铂电极作为对电极，饱和甘汞电极做为参比电极进行三电极的电化学测试。
具体的，泡沫镍尺寸为1*4cm2。
具体的，硫化钴/石墨烯-多壁碳纳米管复合材料、超导碳黑和聚偏氟乙烯按重量百分比计分别为80％、10％、10％。
具体的，真空干燥6h，保持温度为60℃。
所制备的硫化钴/石墨烯-多壁碳纳米管复合材料在2θ＝32.2°有一个衍射峰，复合材料中硫化钴、石墨烯、碳纳米管三者能有效结合。
碳纳米管和石墨烯相互作用，能够降低石墨烯的堆叠程度，同时也能够降低碳纳米管的团聚，所制备的硫化钴/石墨烯-多壁碳纳米管复合材料具有独特的多级结构，有效地抑制了硫化钴自身的团聚，具有高电化学活性的硫化钴纳米片得到充分暴露，材料表明分布着较丰富的碳纳米管，碳纳米管复合硫化钴纳米材料具有高导电性。
本发明的电极在1-5A/g的电流密度下能保持较好的容量。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.一种硫化钴/石墨烯-多壁碳纳米管复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、称取1.184重量份Co(NO3)2·6H2O和0.3882重量份硫脲置于烧杯中，加入0.02重量份的分散好的氧化石墨烯和多壁碳纳米管悬浮液和9重量份的蒸馏水，超声溶解10-15min；
S2、超声溶解后，强力搅拌30min，得到均一溶液，然后将混合液转移至带聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，在180℃烘箱内水热反应24h；
S3、反应完成后，将反应沉淀物冷冻干燥12h，产物即为硫化钴/石墨烯-多壁碳纳米管复合材料。
2.根据权利要求1所述的硫化钴/石墨烯-多壁碳纳米管复合材料的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，分散好的氧化石墨烯和多壁碳纳米管悬浮液中氧化石墨烯和多壁碳纳米管质量比8:2。
3.根据权利要求1或2所述的硫化钴/石墨烯-多壁碳纳米管复合材料的制备方法制备的硫化钴/石墨烯-多壁碳纳米管复合材料在超级电容器中的应用。
4.根据权利要求3所述的硫化钴/石墨烯-多壁碳纳米管复合材料在超级电容器中的测试方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、室温条件下，将一片泡沫镍放入烧杯，依次用丙酮、0.5M的盐酸、蒸馏水、无水乙醇超声20分钟后，烘干后称量备用；
步骤二、将硫化钴/石墨烯-多壁碳纳米管复合材料、超导碳黑和聚偏氟乙烯置于研钵中反复研磨0.5h，滴加2滴N-甲基吡咯烷酮溶液再次研磨后，将浆料均匀的涂抹在清洗烘干后的泡沫镍上；
步骤三、真空干燥，得到正极工作电极并称量之后，用6M KOH作为电解液，铂电极作为对电极，饱和甘汞电极做为参比电极进行三电极的电化学测试。
5.根据权利要求4所述的硫化钴/石墨烯-多壁碳纳米管复合材料的应用，其特征在于：泡沫镍尺寸为1*4cm2。
6.根据权利要求4所述的硫化钴/石墨烯-多壁碳纳米管复合材料的制备方法及其应用，其特征在于：硫化钴/石墨烯-多壁碳纳米管复合材料、超导碳黑和聚偏氟乙烯按重量百分比计分别为80％、10％、10％。
7.根据权利要求4所述的硫化钴/石墨烯-多壁碳纳米管复合材料的应用，其特征在于：真空干燥6h，保持温度为60℃。
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