不同形貌硫化镍纳米材料的可控合成及电化学性能研究.docx

不同形貌硫化镍纳米材料的可控合成及电化学性能研究郎雷鸣(南京晓庄学院生物化工与环境工程学院，江苏南京211171)摘要:该文主要采用简单的溶剂热和水热法通过控制不同条件如硫源和表面活性剂合成了多种形貌的硫化镍纳米材料，在使用L-胱氨酸，硫代乙酰胺作为硫源以及PEG2000作为表面活性剂时，分别获得了规整的硫化镍实心球，海胆状硫化镍空心微球以及由纳米粒子组成的空心球，分别测定了三者的电化学性能，结果表明海胆状硫化镍空心微球的循环性能较好，循环30次以后放电容量保持在200mAhg－1左右．关键词:硫化镍;可控合成;电化学中图分类号:O614文献标识码:A文章编号:1009-7902(2012)06-0060-05膜、空心球以及通过自组装方法获得的由纳米针或纳米片组成的三维花状或海胆状NiS微球［11-16］．但以L－胱氨酸为硫源合成很规整的硫化镍纳米材料还未见报导，此外，系统研究各种因素对硫化镍形貌的影响以及对不同形貌硫化镍纳米材料电化学性能的研究都较为少见．本文主要采用简单的溶剂热法以L-胱氨酸为硫源成功合成了形貌规整的NiS微球，并研究了不同硫源、表面活性剂以及配体对硫化镍形貌的影响，以形貌较好的海胆状NiS空心微球，NiS实心微球和由纳米粒子组成的空心球为电极材料，对其进行了锂离子充放电性能测试，海胆状NiS微球显示出了较好的充放电性能和循环性能．0引言低维结构的纳米材料由于具有独特的物理、化学和光电性能一直以来就受到学者们的关注．随着纳米材料的快速发展，已经成功合成出不同形貌的低维结构的纳米材料［1-6］，这些材料在催化、药物传输、光学材料和电池材料等领域表现出极大的潜在应用价值［7-9］．不同形貌和结构的材料在性能方面有很大的差异，进而表现出不同的实际应用价值，为了合成性能更为优越的纳米材料，实现对形貌和结构的可控合成是材料合成的关键，因此，材料的不同形貌和结构对其性能的影响一直是科研工作者关注的焦点．在众多的材料中，金属硫化物由于具有特殊的光学、磁学以及催化性质而成为研究的热点．硫化镍除了具有在临界温度时，高温相NiS由顺磁性的导体转变为反铁磁性的半导体这种特殊的性质外，它还在太阳能电池、加氢脱硫催化反应，以及光电导材料和锂电池电极材料等方面都有着广泛的应用［10］，因而备受关注．目前，多种形貌的NiS纳米材料被相继合成出来，如纳米晶、纳米棒、三角状纳米棱柱、薄1实验部分1．1硫化镍纳米材料的制备准确称取氯化镍和硫源各2mmol，在磁力搅拌下溶于20ml乙二醇中，待固体全部溶解后，加入2.0ml乙二胺，搅拌片刻后将澄清透明溶液转移到高压釜中，将高压釜放入烘箱190℃加热反应24小时得尺寸均一的硫化镍纳米材料．自然冷却到室温，取出反应釜，在1000转/分的转速下离心分离产品收稿日期:2012-06-30修回日期:2012-09-10基金项目:江苏省自然科学基金研究项目(BK2012071)，南京晓庄学院一般项目(2011NXY21)作者简介:郎雷鸣(1979—)，男，江苏镇江人，副教授，研究方向:纳米材料制备与性能，Email:langleiming@gmail．com—60—并用无水乙醇洗涤产品3—4次．真空干燥后备用．在相同的实验方法下使用不同硫源和表面活性剂合成不同形貌的硫化镍微纳米材料．1．2锂离子电池电极材料的制备和电化学性能测试将活性物质按NiS∶碳黑∶聚四氟乙烯(PTFE)=8∶1∶1(质量比)的比例均匀混合后，涂在宽度为8mm的铜箔表面，在100℃下真空干燥至少8h，即可得工作电极．采用金属锂作为对电极，1mol·L－1LiPF6的碳酸乙烯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)和碳酸二乙酯(DEC)的混合溶液(EC∶DMC∶DEC=1∶1∶1)作为电解液，在氩气保护的手套箱图1硫化镍微球的a－b)SEM图片，c)XRD和d)EDS谱图(Labconcoglovebox)中进行电池组装，构筑锂离子电池进行充放电容量和循环性能测试．电化学性能测试时采用的是两电极体系，在充放电测试系统(LandCT2001)上进行充放电实验和循环性能测试，相应的充放电电流密度为0．2mA/cm2，电势范围为3.0～0．1V．的扫描电镜图，图中可以看到制备的NiS微球大小非常均一，图2b是放大的SEM照片，可以清楚地看到NiS微球表面是由针状纳米棒组装而成的海胆状结构，平均直径为6μm左右，将单个微球进行放大，针状纳米棒和空心结构清晰可见，纳米棒的直径为40nm左右(图2c)．图2d是制备的硫化镍XRD图，从图中可以看出硫化镍产物中存在两种相结构，斜方六面体相(β)的NiS和六方相(α)NiS，前者的2θ角为18．5°、30．4°、32．8°、35．8°、40．6°、48．9°分别对应(110)、(101)、(300)、(021)、(