蔡曉慶季振源沈小平＊,王冀恒沈曉涵程世青

空心六邊形鎳鈷硫化物/RGO復(fù)合物的合成及其超級(jí)電容性能

蔡曉慶1季振源1沈小平＊,1王冀恒2沈曉涵1程世青1

(1江蘇大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，鎮(zhèn)江212013)
(2江蘇科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，鎮(zhèn)江212003)

通過(guò)兩步法制備了一種空心六邊形鎳鈷硫化物(HHNCS)與還原氧化石墨烯(RGO)的納米復(fù)合材料HHNCS/RGO。利用XRD，SEM，TEM和Raman光譜等對(duì)復(fù)合物進(jìn)行表征，發(fā)現(xiàn)鎳鈷硫化物為空心六邊形結(jié)構(gòu)，并且均勻地附著在RGO的表面。該納米復(fù)合物用作超級(jí)電容器電極表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能。在電流密度為1A·g-1時(shí)比電容為927F·g-1；當(dāng)電流密度增大到20A·g-1時(shí)，比電容仍高達(dá)724F·g-1，表明材料擁有較好的倍率性能。此外，在電流密度5A·g-1下循環(huán)2000次后比電容保留有初始值的93%，顯示出優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。HHNCS/RGO優(yōu)異的電容性能主要是由于RGO的存在不僅增強(qiáng)了材料的導(dǎo)電性，而且作為理想的載體分散HHNCS納米片。HHNCS/RGO納米復(fù)合物優(yōu)異的電化學(xué)性能使其在超級(jí)電容器電極材料領(lǐng)域具有應(yīng)用前景。

鎳鈷硫化物；石墨烯；復(fù)合材料；合成；超級(jí)電容器

0 引言

鎳鈷硫化物(NiCo2S4)是一種理想的超級(jí)電容器電極材料，近年來(lái)得到研究人員的廣泛關(guān)注。由于鎳、鈷的共同作用，NiCo2S4比單金屬硫化物具有更加豐富的氧化還原性質(zhì)[1-2]。此外，和NiCo2O4相比，NiCo2S4導(dǎo)電性能更好，且具有方便電子傳輸?shù)娜嵝越Y(jié)構(gòu)[3-4]。目前人們已經(jīng)制備出各種不同形貌結(jié)構(gòu)的NiCo2S4，并研究它們的電化學(xué)性質(zhì)。例如，Xia等利用一種新穎的自身模板法制備單壁或多壁空心球NiCo2S4納米材料，發(fā)現(xiàn)該超級(jí)電容器電極材料在電流密度2A·g-1時(shí)比電容高達(dá)1263F·g-1[5]。Lou等制備的NixCo3-xS4空心納米棱柱在1A·g-1的電流密度下比電容為895F·g-1[6]。Zhang等通過(guò)水熱法制備出形貌可控的NiCo2S4，電化學(xué)研究發(fā)現(xiàn)管狀NiCo2S4具有最優(yōu)異的電容性能，在3A·g-1電流密度下比電容高達(dá)1048F·g-1[7]。石墨烯作為一種二維平面結(jié)構(gòu)的碳材料，由于具有較大的比表面積和優(yōu)良的導(dǎo)電性，常被用作功能性納米材料的載體。目前，已有一些關(guān)于鎳鈷硫化物與石墨烯復(fù)合的報(bào)道[8-13]。例如，Peng等通過(guò)原位生長(zhǎng)法制備了一種鎳鈷硫化物/石墨烯納米復(fù)合物，其中NiCo2S4為納米片，附著在石墨烯片表面，形成一種片與片接觸的納米結(jié)構(gòu)，該復(fù)合電極材料具有優(yōu)異的電化學(xué)性能[8]。Du等采用物理攪拌法制備鎳鈷硫化物/石墨烯納米復(fù)合物。CoNi2S4為納米粒子，均勻地分散在石墨烯表面。研究結(jié)果表明，當(dāng)CoNi2S4含量為5%(w/w)時(shí)，復(fù)合物呈現(xiàn)出最佳的電化學(xué)性能[9]。Wang等通過(guò)兩步水熱法將一種海膽狀六方錐微米結(jié)構(gòu)的NiCo2S4原位生長(zhǎng)在三維石墨烯表面，這種獨(dú)特的結(jié)構(gòu)使復(fù)合電極材料表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能[13]。本文報(bào)道一種空心六邊形鎳鈷硫化物/石墨烯納米復(fù)合物，其空心結(jié)構(gòu)可以縮短離子傳輸距離、方便電荷傳輸，同時(shí)也可增大與電解質(zhì)的接觸面積，因而表現(xiàn)出了優(yōu)異的電化學(xué)性能。

1 實(shí)驗(yàn)部分

本實(shí)驗(yàn)采用的試劑都為分析純?cè)噭?，?gòu)自上海國(guó)藥集團(tuán)。

1.1 氧化石墨的制備

采用改進(jìn)的Hummers法制備氧化石墨，具體步驟如下：取一個(gè)干燥的500mL三頸燒瓶，置于磁力攪拌器上，加入80mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%的濃硫酸，用冰浴冷卻至0℃。隨后加入2g天然鱗片石墨，攪拌均勻后緩慢加入4g NaNO3和10g KMnO4，該過(guò)程反應(yīng)溫度控制在10℃以下，持續(xù)攪拌下低溫反應(yīng)4h。然后提高反應(yīng)液溫度至35℃，在中溫條件下反應(yīng)5h。再向反應(yīng)體系中加入200mL蒸餾水，控制溫度在100℃以內(nèi)，高溫反應(yīng)30min。向反應(yīng)液中緩慢加入10mL濃度為30%的H2O2，待反應(yīng)液冷卻后，將其倒入燒杯中，并加入蒸餾水進(jìn)行沉降，以除去未完全氧化的黑色顆粒。然后產(chǎn)物用5%HCl洗滌，并利用透析袋透析至溶液中無(wú)Cl-與，最后產(chǎn)物在45℃下干燥。

1.2 HHNCS/RGO納米復(fù)合物的合成

首先將一定量氧化石墨超聲分散在10mL去離子水中形成均一的氧化石墨烯(GO)分散液。將0.5mmol Ni(Ac)2·4H2O和1.0mmol CoCl2·6H2O溶于10mL去離子水中形成均一的溶液，將此溶液緩慢滴加到氧化石墨烯分散液中，再加入1.6g NaOH，攪拌0.5h。然后將混合物轉(zhuǎn)移至一個(gè)30mL的反應(yīng)釜中，于160℃下反應(yīng)20h。待溶液冷卻至室溫后，將產(chǎn)物離心分離，并用去離子水和無(wú)水乙醇洗滌，得到HHNCS/RGO的前驅(qū)體。將此前驅(qū)體的一半超聲分散于15mL去離子水中，然后加入1mL濃度為1mol·L-1的Na2S溶液，攪拌0.5h，將混合物轉(zhuǎn)移至30mL的反應(yīng)釜，于160℃下反應(yīng)12h。沉淀離心分離后分別用去離子水和乙醇洗滌數(shù)次，然后真空干燥，得到產(chǎn)物HHNCS/RGO。根據(jù)合成過(guò)程中氧化石墨的用量不同，將氧化石墨用量為5、10、20和30mg所合成的產(chǎn)物分別標(biāo)記為HHNCS/ RGO-5、HHNCS/RGO-10、HHNCS/RGO-20和HHNC S/RGO-30。

作為比較，用相似的合成條件，制備單獨(dú)的HHNCS和RGO樣品。

1.3 儀器表征

產(chǎn)品相結(jié)構(gòu)通過(guò)X-射線衍射儀(XRD，Bruker D8Advance,Cu Kα,λ=0.15406nm,工作電壓40kV，工作電流40mA)進(jìn)行表征，掃描速率為7°·min-1。樣品成分由能量色散X-射線光譜測(cè)定法(EDS)進(jìn)行表征。產(chǎn)物的形貌和尺寸通過(guò)場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡(FESEM,Hitachi S-4800)和透射電子顯微鏡(TEM，JEOL-2100)進(jìn)行觀察。拉曼光譜采用DXR激光拉曼光譜儀在室溫下進(jìn)行測(cè)量，激發(fā)波長(zhǎng)為532nm。利用綜合熱分析儀(NETZSCH STA449C)進(jìn)行熱重(TG)分析，在氧氣氣氛下，加熱速率為5℃·min-1。

1.4 電化學(xué)測(cè)量

采用CHI760D電化學(xué)工作站(上海辰華儀器有限公司)在三電極體系中對(duì)樣品進(jìn)行電化學(xué)性能測(cè)試。以鉑片為對(duì)電極，飽和甘汞電極(SCE)為參比電極。工作電極的制備方法如下：將活性物質(zhì)(HHNCS/ RGO,HHNCS或RGO)、導(dǎo)電劑(乙炔黑)和粘結(jié)劑(PVDF)按照質(zhì)量比8∶1∶1混合，于N-甲基-2-吡咯烷酮溶劑中攪拌24h形成均一的漿狀物，將其涂抹在干凈的泡沫鎳表面(1×1cm2)，然后置于真空干燥箱中于80℃干燥48h，壓片。在3mol·L-1KOH電解液中采用循環(huán)伏安(CV)，恒電流充放電(CD)對(duì)電極材料的電化學(xué)性能進(jìn)行測(cè)試。比電容計(jì)算公式[5]：

其中Cs(F·g-1)為比電容，I(mA)為放電電流，Δt(s)為放電時(shí)間，ΔV(V)為放電電位窗口，m(mg)指電極中活性組分質(zhì)量。

2 結(jié)果與討論

2.1 HHNCS/RGO復(fù)合物的合成

首先采用水熱法制備HHNCS/RGO的前驅(qū)體。由于表面含氧官能團(tuán)的存在，氧化石墨烯(GO)分散于水中后呈負(fù)電性。當(dāng)Ni(Ac)2·4H2O和CoCl2·6H2O加入到GO分散液中，由于靜電吸引作用，Ni2+和Co2+首先吸附在GO納米片的表面。在堿性環(huán)境及高溫高壓條件下，六邊形的鎳鈷前驅(qū)體在GO表面原位形成，同時(shí)GO也被還原成RGO。第二步，將Na2S作為硫源與得到的前驅(qū)體在水熱條件下反應(yīng)，硫離子與前驅(qū)體中金屬離子結(jié)合形成鎳鈷硫化物薄層，這就阻礙了外部硫離子與內(nèi)部金屬離子的直接反應(yīng)。由于金屬陽(yáng)離子尺寸比陰離子尺寸小，陰離子向內(nèi)擴(kuò)散的速率較陽(yáng)離子向外擴(kuò)散的速率慢，因此，在硫化過(guò)程中逐漸形成空心結(jié)構(gòu)[14]。隨著反應(yīng)的進(jìn)行，NiCo2S4殼層逐漸增厚而前驅(qū)體核逐漸減小，最終得到HHNCS/RGO納米復(fù)合物。

2.2 結(jié)構(gòu)與形態(tài)表征

圖1a為氧化石墨，RGO，HHNCS及HHNCS/ RGO-10納米復(fù)合物的XRD圖。圖中可以看出，氧化石墨在2θ為11.3°處出現(xiàn)一個(gè)強(qiáng)烈的(001)特征峰。當(dāng)氧化石墨被還原后，產(chǎn)物RGO在2θ為26.1°處出現(xiàn)一個(gè)寬而弱的衍射峰，對(duì)應(yīng)于還原氧化石墨烯(002)特征峰，而原先的(001)衍射峰顯著削弱，表明合成過(guò)程中GO被較好的還原[15]。HHNCS/RGO-10納米復(fù)合物與HHNCS分別在2θ為25.9°、31.3°、38.1°、50.4°和55.4°處出現(xiàn)特征衍射峰，分別對(duì)應(yīng)于立方相NiCo2S4(JCPDS 20-0782)的(220)、(311)、(400)、(511)和(440)晶面。比較HHNCS/RGO-10納米復(fù)合物與HHNCS的XRD圖，發(fā)現(xiàn)加入GO不會(huì)影響NiCo2S4的形成及晶型結(jié)構(gòu)。在HHNCS/RGO-10中沒(méi)有出現(xiàn)RGO的特征(002)衍射峰，其原因可能是由于RGO含量較少或由于HHNCS的存在阻止了RGO片的堆積所致。圖1b是HHNCS/RGO-10的EDS圖，其中檢測(cè)到的C來(lái)自于RGO，O來(lái)自于RGO中殘余的含氧官能團(tuán)，Ni、Co、S來(lái)自NiCo2S4，這進(jìn)一步證明成功制備了HHNCS/RGO納米復(fù)合物。

圖1 (a)氧化石墨，RGO,HHNCS和HHNCS/RGO-10的XRD圖；(b)HHNCS/RGO-10納米復(fù)合物的EDS圖Fig.1(a)XRD patterns of graphite oxide,RGO,HHNCS and HHNCS/RGO-10nanocomposite;(b)EDS spectrum of HHNCS/RGO-10nanocomposite

圖2 HHNCS/RGO-10納米復(fù)合物的FESEM圖Fig.2FESEM images of HHNCS/RGO-10nanocomposite

圖3 HHNCS/RGO-10納米復(fù)合物的TEM圖Fig.3TEM images of HHNCS/RGO-10nanocomposite

利用FESEM及TEM對(duì)樣品的形貌，尺寸及其粒子在RGO表面的分布情況進(jìn)行了觀察。圖2為HHNCS/RGO-10納米復(fù)合物的FESEM圖。透明絲綢狀的石墨烯表面密集覆蓋有HHNCS納米片，且鎳鈷硫化物的形貌為空心六邊形結(jié)構(gòu)。為了進(jìn)一步觀察其形貌結(jié)構(gòu)，將HHNCS/RGO-10納米復(fù)合物進(jìn)行TEM表征，如圖3所示。圖中褶皺狀的石墨烯薄片清晰可見(jiàn)(圖中用黑色箭頭所示)。根據(jù)圖3a，可以觀察到NiCo2S4納米片分散在RGO的表面，且呈現(xiàn)空心六邊形結(jié)構(gòu)(圖中白色箭頭所示)。這種空心結(jié)構(gòu)可以增大比表面積，有利于更多活性組分與電解液接觸，且可以縮短電子和離子的傳輸距離，提高材料的電化學(xué)性能。此外RGO片外圍沒(méi)有發(fā)現(xiàn)游離的NiCo2S4納米片，說(shuō)明NiCo2S4納米片與RGO完全復(fù)合。圖3b為高倍率TEM圖，圖中可以看出HHNCS的直徑約為150nm。作為比較，單獨(dú)HHNCS樣品的TEM圖如圖4所示，從中可以看出，NiCo2S4納米片同樣呈現(xiàn)空心六邊形結(jié)構(gòu)。但由于沒(méi)有加入RGO，空心六邊形鎳鈷硫化物團(tuán)聚現(xiàn)象較為嚴(yán)重。

圖5為氧化石墨、RGO、HHNCS和HHNCS/ RGO-10的拉曼光譜圖。除HHNCS外，氧化石墨、RGO及HHNCS/RGO-10的Raman光譜分別在1351和1595cm-1處出現(xiàn)2個(gè)明顯的峰，分別對(duì)應(yīng)于碳的D峰和G峰[16]。D峰是由結(jié)構(gòu)缺陷和無(wú)序引起的，而G峰是由石墨烯平面中sp2C原子的伸縮振動(dòng)引起[17]。D峰與G峰的強(qiáng)度比(ID/IG)通常用于評(píng)估石墨結(jié)構(gòu)的缺陷和無(wú)序度[15]。氧化石墨，RGO和HHNCS/RGO-10的ID/IG值通過(guò)高斯擬合分別為1.1，1.9和2.4。相對(duì)于氧化石墨，RGO和HHNCS/ RGO-10的ID/IG值明顯增大，說(shuō)明其結(jié)構(gòu)缺陷和無(wú)序度增大，這表明氧化石墨中含氧基團(tuán)被較好的去除，GO被成功還原[2]。HHNCS/RGO-10較RGO更大的ID/IG值是由于RGO負(fù)載HHNCS后結(jié)構(gòu)缺陷和無(wú)序度會(huì)進(jìn)一步增大。此外，HHNCS和HHNCS/ RGO-10的Raman光譜在549.8和656.7cm-1處有2個(gè)微弱的特征峰[18-19]，分別對(duì)應(yīng)于Ni-S與Co-S的伸縮振動(dòng)，進(jìn)一步證明成功制備了NiCo2S4。此外，為了測(cè)定復(fù)合物中RGO的含量，利用綜合熱分析儀在氧氣氣氛中，加熱速率為5℃·min-1下進(jìn)行熱重分析試驗(yàn)，HHNCS/RGO-10納米復(fù)合物的熱重曲線如圖6所示。從圖中可以看出，升溫至100℃時(shí)復(fù)合物失重約為6.7%，這可以歸因于復(fù)合物中吸附的水分子的揮發(fā)；在100～480℃之間失重約為7.1%，這是由于RGO的氧化分解所致[20]。通過(guò)TG結(jié)果可以知道，HHNCS/RGO-10中RGO的含量約為7.1%(w/w)，這與理論值相吻合。

圖4 單獨(dú)HHNCS樣品的TEM圖Fig.4TEM images of pure HHNCS sample

圖5 氧化石墨，RGO,HHNCS和HHNCS/RGO-10納米復(fù)合物的Raman圖Fig.5Raman spectra of graphite oxide,RGO,HHNCS和HHNCS/RGO-10nanocomposite

圖6 HHNCS/RGO-10納米復(fù)合物的熱重分析曲線Fig.6TG curve of HHNCS/RGO-10nanocomposite

圖7 (a)HHNCS/RGO和HHNCS電極在掃速為5mV·s-1時(shí)的CV曲線；(b)HHNCS/RGO-10和(c)HHNCS在不同掃速下的CV曲線；(d)HHNCS/RGO-10和HHNCS的陽(yáng)極峰電流密度對(duì)掃速的平方根作圖Fig.7(a)CV curves of HHNCS/RGO and HHNCS electrodes at the scan rate of 5mV·s-1;CV curves of(b)HHNCS/RGO-10electrode and(c)HHNCS electrode at various scan rates;(d)Variation of the current densities of the anodic peaks for HHNCS/RGO-10and HHNCS electrodes as a function of the square root of scan rate

2.3 電化學(xué)性能研究

所合成材料的電容性能通過(guò)循環(huán)伏安(CV)和恒電流充放電(GCD)進(jìn)行測(cè)定。圖7a為HHNCS/RGO和HHNCS在電壓范圍0～0.5V、掃描速率為5mV· s-1下的CV曲線。圖中所有曲線都呈現(xiàn)一對(duì)明顯的氧化還原峰，表明電容特性主要?dú)w因于法拉第氧化還原反應(yīng)。其氧化還原機(jī)制主要是：HHNCS/RGO和HHNCS在堿性電解液中的通過(guò)Ni2+/Ni3+，Co2+/Co3+和Co3+/Co4+轉(zhuǎn)變，發(fā)生形成NiSOH，CoSOH和CoSO的可逆氧化還原反應(yīng)[21]。比較相同掃速下CV曲線的積分面積，可以看出HHNCS/RGO的比電容較HHNCS要大，且HHNCS/RGO-10具有最大的比電容值。圖7b和c分別為HHNCS/RGO和HHNCS在不同掃描速率下的CV曲線。隨著掃速的增大，陽(yáng)極峰向高電壓方向偏移，陰極峰向低電壓方向偏移，這可歸因于增大的歐姆過(guò)電勢(shì)[22]。圖7d為HHNCS/ RGO-10和HHNCS的陽(yáng)極峰電流對(duì)掃速的平方根作圖?？梢钥闯鯤HNCS/RGO-10和HHNCS的陽(yáng)極峰電流跟掃速的平方根呈線性關(guān)系，表明電極反應(yīng)是可逆的。此外，HHNCS/RGO-10的直線斜率較大，表明其離子擴(kuò)散系數(shù)較大[23]。

圖8 (a)HHNCS/RGO，HHNCS電極在電流密度為1.0A·g-1時(shí)的充放電曲線；(b)HHNCS/RGO-10電極在不同電流密度1.0、2.0、5.0、10和20A·g-1下的充放電曲線；(c)HHNCS/RGO-10和HHNCS電極的比電容對(duì)電流密度作圖；(d)HHNCS/RGO-10和HHNCS電極在恒電流密度5A·g-1時(shí)的循環(huán)性能圖Fig.8(a)Charge-discharge curves of HHNCS/RGO and HHNCS electrodes at the current density of 1.0A·g-1;(b)Charge-discharge curves of HHNCS/RGO-10electrode at various current densities of 1.0、2.0、5.0、10and 20A·g-1;(c)Specific capacitance values of HHNCS/RGO-10and HHNCS electrodes as a function of current density;(d)Cycling performance of HHNCS/RGO-10and HHNCS electrodes at a constant current density of 5A·g-1

圖8為HHNCS/RGO納米復(fù)合物和HHNCS的恒電流充放電圖。電流密度為1A·g-1時(shí)HHNCS/ RGO和HHNCS電極的充放電曲線如圖8a所示。圖中可以清晰地看出在0.25V附近出現(xiàn)電壓平臺(tái)，表明復(fù)合材料的贗電容特性[24-25]。HHNCS/RGO-10納米復(fù)合物在不同電流密度下的充放電曲線如圖8b所示。根據(jù)比電容計(jì)算公式，可以得到HHNCS/RGO-10和HHNCS的比電容值，結(jié)果如圖8c所示。HHNCS/RGO-10在電流密度1A·g-1時(shí)比電容高達(dá)927F·g-1，比單獨(dú)HHNCS在同樣電流密度下的比電容高2倍多。隨著電流密度的增大，HHNCS/RGO-10和HHNCS的比電容值逐漸減小，這可能是由于OH-傳輸限制引起的。當(dāng)電流密度增大到20A·g-1時(shí)，HHNCS/RGO-10的比電容仍然高達(dá)724F·g-1，顯示其較高的倍率性能。和單獨(dú)HHNCS相比，HHNCS/RGO-10比電容增大可歸因于HHNCS與RGO之間的協(xié)同效應(yīng)。RGO作為載體不僅可以分散HHNCS納米片，使其能更好地與電解液接觸；還可以構(gòu)建導(dǎo)電通路，提高HHNCS/RGO復(fù)合物整體的導(dǎo)電性。

此外，RGO的含量對(duì)納米復(fù)合物的比電容值具有明顯的影響。隨著RGO含量的增加，HHNCS/RGO納米復(fù)合物的比電容值先增大后減小，其中HHNCS/RGO-10的比電容值最大。該結(jié)果表明適量的RGO可以分散活性組分并提高復(fù)合物的導(dǎo)電性。而過(guò)量的RGO會(huì)導(dǎo)致復(fù)合物中活性組分HHNCS含量相對(duì)下降，比電容也隨之降低。此外，對(duì)HHNCS/RGO-10和HHNCS在電流密度為5A·g-1下進(jìn)行循環(huán)性能的測(cè)試。圖8d為電極材料的比電容對(duì)循環(huán)次數(shù)作圖，由圖可見(jiàn)，單獨(dú)的HHNCS在循環(huán)過(guò)程中比電容一直衰減，循環(huán)2000次后比電容是初始值的79%。而HHNCS/RGO-10在初始500次循環(huán)中比電容增大，這可能是由于活性組分被充分活化引起的。而在隨后的循環(huán)過(guò)程中，比電容逐漸降低，循環(huán)2000次后HHNCS/RGO-10的比電容保留率為93%，遠(yuǎn)高于單獨(dú)的HHNCS，這表明復(fù)合后電極材料的循環(huán)穩(wěn)定性得到顯著提高。

3 結(jié)論

本文通過(guò)兩步法成功制備了一種復(fù)合均勻的HHNCS/RGO納米復(fù)合材料，該納米復(fù)合物電極表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能。在電流密度為1A·g-1時(shí)比電容為927F·g-1，當(dāng)電流密度增大到20A·g-1時(shí)，比電容仍高達(dá)724F·g-1，表明其較好的倍率性能。此外，在電流密度5A·g-1下循環(huán)2000次后比電容保有率達(dá)93%，表明其優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。HHNCS/ RGO復(fù)合物增強(qiáng)的電容性能主要可歸因于RGO的存在，RGO不僅增強(qiáng)HHNCS/RGO納米復(fù)合物的導(dǎo)電性，而且作為理想的載體分散HHNCS納米片。HHNCS/RGO納米復(fù)合物優(yōu)異的電化學(xué)性能使其在超級(jí)電容器電極材料領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用前景。

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Synthesis of Hollow Hexagonal Nickel-Cobalt Sulfide/RGO Nanocomposite for Supercapacitor Application

CAI Xiao-Qing1JI Zhen-Yuan1SHEN Xiao-Ping＊,1WANG Ji-Heng2SHEN Xiao-Han1CHENG Shi-Qing1
(School of Chemistry and Chemical Engineering,Jiangsu University,Zhenjiang,Jiangsu 212013) (School of Materials Science and Engineering,Jiangsu University of Science and Technology,Zhenjiang,Jiangsu 212003)

The uniform nanocomposites of hollow hexagonal nickel-cobalt sulfide/reduced graphene oxide (HHNCS/RGO)are synthesized through a two-step hydrothermal route,and they were characterized by XRD, SEM,TEM and Raman.It is found that nickel-cobalt sulfides with hollow hexagonal structure were uniformly anchored on the surface of RGO sheets.The as-prepared nanocomposites as supercapacitor electrodes present good electrochemical performances.The HHNCS/RGO nanocomposites deliver a maximum specific capacitance of 927F·g-1at the current density of 1A·g-1,and still exhibit a high specific capacitance of 724F·g-1at the big current density of 20A·g-1,indicating their good rate capability.In addition,the specific capacitance retains 93%of its initial value after 2000charge-discharge cycles at the current density of 5A·g-1,indicating their high cycling stability.The enhanced capacitive performance is attributed to the fact that RGO can not only improve the conductivity of HHNCS/RGO nanocomposites but also work as support to disperse the HHNCS nanosheets effectively.

nickel-cobalt sulfide;graphene;composite;synthesis;supercapacitor

O614.81+2;O614.81+3

A

1001-4861(2017)01-0026-07

10.11862/CJIC.2017.017

2016-05-14。收修改稿日期：2016-11-11。

中國(guó)教育部博士點(diǎn)基金(No.20123227110018)、國(guó)家自然科學(xué)基金(No.51272094)和江蘇省大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目(201413986012x)資助。＊

。E-mail：xiaopingshen@163.com