CN108315730B - 一种棱柱状硫化镍阵列薄膜材料的原位制备方法 - Google Patents

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    • C23C22/60—Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using aqueous solutions using alkaline aqueous solutions with pH greater than 8

Abstract

一种棱柱状硫化镍阵列薄膜材料的原位制备方法，其主要步骤包括：首先，将金属镍基体清洗除尘、除锈、除油以获得清洁的镍表面；然后配制碱性电解液，主要原料为金属碱化合物，辅助原料碱金属硫化物；其次，将电解液放入反应釜中，同时将干净的镍基体浸入电解液中，将反应釜置于马弗炉中在120‑250℃进行水热反应10‑50小时，使得金属镍表面发生硫化原位生长反应；最后，将水热后的镍基体取出、清洗干净并干燥，即可获得棱柱状硫化镍阵列薄膜材料。本发明制备方法简单、原材料廉价、易于操作、生产价格低，所制备的薄膜材料厚度可控、活性高，适合工业化大生产。

Description

一种棱柱状硫化镍阵列薄膜材料的原位制备方法
技术领域
本发明属于材料技术领域，特别涉及一种薄膜材料的制备方法。
背景技术
超级电容器的组成主要包括电极、集流体、电解液和隔膜等。其中，电极材料作为超级电容器的重要组成部分之一，其电化学性能是决定电容器性能的最关键因素。所以，开发具有低成本和高性能特性的电极材料是超级电容器的研究工作的重中之重。目前，应用于超级电容器中常见的电极材料主要有碳材料、导电聚合物材料和金属氧化物(氢氧化物)及其水合物材料等
作为一类新型的储能材料，金属硫化物作为电极材料已经被广泛的研究并取得了较好的研究成果。硫化镍(NiSx)是一种重要的过渡金属硫化物，具有电子电导率高、成本低、易于制造和低毒性等优点而备受瞩目，其被广泛的作为电极材料应用于超级电容器、锂离子电池、染料敏化太阳能电池等。
目前硫化镍产品主要为粉体材料，此类材料在尺寸较小时虽然具有较高的储能活性，但是需要额外的粘结剂和添加剂，以增强其与基体的结合力和电导率，使得应用的工艺复杂化。相比之下，直接在金属导体上制备硫化镍薄膜材料表现出光明的应用前景。然而，对于硫化镍薄膜材料的关键在于对其微观结构的形貌的调控，而形貌均一的阵列结构在电极应用中具有尤其高的价值，但此类的产品和相关的制备方法目前很少。
发明内容
本发明的目的在于提供一种原材料廉价、工艺简单、易于操作、生产成本低、生产周期短、具有高储能活性并适合工业化大生产的棱柱状硫化镍阵列薄膜材料的原位制备方法。
本发明的技术方案如下：
(1)将金属镍基体清洗除尘、除锈、除油以获得清洁的镍表面；所述镍基体为平板镍或者多孔镍基体；
(2)配制碱性电解液，主要原料为金属碱化合物，辅助原料为碱金属硫化物；所述金属碱化合物为KOH和NaOH中的一种或两种，OH-浓度为1-6mol/L，两种时KOH的质量百分比为10-30％；所述碱金属硫化物为Li2S和Na2S中的一种或两种，元素S浓度为0.1-1mol/L，两种时Li2S的质量百分比为10-30％；
(3)将电解液放入反应釜中，同时将步骤(1)的镍基体浸入电解液中；将反应釜置于马弗炉中在120-250℃进行水热反应10-50小时，使得金属镍表面发生硫化原位生长反应；
(4)将水热后的镍基体取出、清洗干净并干燥，即可获得棱柱状硫化镍阵列薄膜材料。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
1、原材料廉价，工艺简单，易于操作，生产成本低。
2、生产周期短，所制备产品的赝电容活性高，适合工业化大生产。
3、所制备的材料为阵列结构，基本单元形貌均一性良好，易于调控。
附图说明
图1为本发明实施例1制得的棱柱状硫化镍阵列薄膜材料的扫描电镜图。
图2为本发明实施例1制得的棱柱状硫化镍阵列薄膜材料的充放电曲线图。
具体实施方式
实施例1
首先，将商业镍箔基体用去离子水和乙醇分别清洗以除尘、除油从而获得清洁的镍表面；其次，配制KOH碱性电解液，KOH浓度为6mol/L，添加剂为Na2S，浓度为0.125mol/L；将电解液放入反应釜中，同时将干净的镍基体浸入电解液中，并密封反应釜；将反应釜置于马弗炉中在180℃进行水热反应50小时，使得金属镍表面发生硫化反应生，将水热后的镍基体取出、清净、干燥，即可获得棱柱状硫化镍阵列薄膜材料。
如图1所示，可以看出，在基体原位获得均匀的棱柱状硫化镍阵列薄膜材料的微观形貌，该薄膜材料由棱柱状阵列结构组成。
如图2所示，可以证明所制备的棱柱状硫化镍阵列薄膜材料具有较高的电弧学储能活性，测试条件电流5A/g，参比电极：Ag/AgCl，体系6mol/L KOH电解液。
实施例2
首先，将商业多孔镍基体用去离子水和乙醇分别清洗以除尘、除油从而获得清洁的镍表面；其次，配制NaOH碱性电解液，KOH浓度为1mol/L，添加剂为Li2S，浓度为1mol/L；将电解液放入反应釜中，同时将干净的镍基体浸入电解液中，并密封反应釜；将反应釜置于马弗炉中在120℃进行水热反应50小时，使得金属镍表面发生硫化反应生，将水热后的镍基体取出、清净、干燥，即可获得棱柱状硫化镍阵列薄膜材料。
实施例3
首先，将商业镍箔基体用去离子水和乙醇分别清洗以除尘、除油从而获得清洁的镍表面；其次，配制KOH+NaOH碱性电解液，含KOH为30％，OH-总浓度为5mol/L，添加剂为Na2S+Li2S，其中Li2S含量为10％，S2-总浓度为0.1mol/L；将电解液放入反应釜中，同时将干净的镍基体浸入电解液中，并密封反应釜；将反应釜置于马弗炉中在250℃进行水热反应10小时，使得金属镍表面发生硫化反应生，将水热后的镍基体取出、清净、干燥，即可获得棱柱状硫化镍阵列薄膜材料。
实施例4
首先，将商业镍箔基体用去离子水和乙醇分别清洗以除尘、除油从而获得清洁的镍表面；其次，配制KOH+NaOH碱性电解液，含KOH为10％，OH-总浓度为5mol/L，添加剂为Na2S+Li2S，其中Li2S含量为30％，S2-总浓度为0.5mol/L；将电解液放入反应釜中，同时将干净的镍基体浸入电解液中，并密封反应釜；将反应釜置于马弗炉中在180℃进行水热反应30小时，使得金属镍表面发生硫化反应生，将水热后的镍基体取出、清净、干燥，即可获得棱柱状硫化镍阵列薄膜材料。

Claims (4)

1.一种棱柱状硫化镍阵列薄膜材料的原位制备方法，其特征在于：它包括以下步骤：
(1)将金属镍基体清洗除尘、除锈、除油以获得清洁的镍表面；
(2)配制碱性电解液，主要原料为金属碱化合物，辅助原料为碱金属硫化物；
(3)将电解液放入反应釜中，同时将干净的镍基体浸入电解液中；下一步，将反应釜置于马弗炉中在120-250℃进行水热反应10-50小时，使得金属镍表面发生硫化原位生长反应；
(4)将水热后的镍基体取出、清洗干净并干燥，即可获得棱柱状硫化镍阵列薄膜材料。
2.根据权利要求1所述的一种棱柱状硫化镍阵列薄膜材料的原位制备方法，其特征在于：所述镍基体是指平板镍或者多孔镍基体。
3.根据权利要求1所述的一种棱柱状硫化镍阵列薄膜材料的原位制备方法，其特征在于：所述碱性电解液中，金属碱化合物为KOH和NaOH中的一种或两种，OH-浓度为1-6mol/L，两种时KOH的质量百分比为10-30％。
4.根据权利要求1所述的一种棱柱状硫化镍阵列薄膜材料的原位制备方法，其特征在于：所述碱金属硫化物为Li2S和Na2S中的一种或两种，元素S浓度为0.1-1mol/L，两种时Li2S的质量百分比为10-30％。
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