CN105439213B - 一种纳米钴酸镍及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种纳米钴酸镍的制备方法，步骤如下：(1)将硝酸镍、硝酸钴和尿素加入到无水乙醇中，常温下搅拌，使溶液混合均匀，得溶液A；(2)在溶液A中加入失水山梨醇脂肪酸酯S‑20和失水山梨醇脂肪酸酯S‑40，超声使之混合均匀，得溶液B；(3)将溶液B转移至反应釜中，进行溶剂热反应，洗涤，烘干，得到前驱体；(4)将前驱体在空气中经350‑375℃恒温热处理后，得到纳米钴酸镍。在充放电测试中，本发明的纳米钴酸镍的电流密度为2A/g时，比容量值达到了比较高的值2130F/g，经过4000次充放电测试之后比容量仍保持了92％以上，能够作为超级电容器电极材料使用。
Description
技术领域
本发明属于纳米材料技术领域，具体涉及一种纳米钴酸镍及其制备方法。
背景技术
钴酸镍(NiCo2O4)是一种尖晶石相结构的AB2O4型复合氧化物，其在晶体结构中，镍离子占据八面***置，钴离子既占有八面***置又占据四面***置。相比于单一的氧化镍和四氧化三钴，钴酸镍本身具有较好的导电性。除此之外，钴酸镍具有较高的电化学性能，生产成本低，原料充足和环境友好等优点，吸引了研究学者的普遍关注，在德国的《德国应用化学》杂志(2015年，54卷1868页)有过报道。目前，已有文献报道制备钴酸镍的方法有：高温固相法、溶胶-凝胶法、机械化学合成法、液相化学沉淀法等，但此类方法制备的钴酸镍颗粒分布不均匀，分散性不好，产量低，并且制作方法较为繁琐复杂。目前，制备使用比较普遍的方法是水(溶剂)热法，因其具有工艺简单易行、能量消耗相对较小、且产物易于控制、反应时间较短等优点。
发明内容
本发明提供了一种纳米钴酸镍的制备方法，具有优异的电化学性能，本发明还提供应用该方法制备得到的纳米钴酸镍，能够作为超级电容器电极使用。
本发明提供一种纳米钴酸镍的制备方法，步骤如下：
(1)将Ni(NO3)2·6H2O、Co(NO3)2·6H2O和尿素加入到无水乙醇中，常温下搅拌，使溶液混合均匀，得溶液A；
(2)在溶液A中加入失水山梨醇脂肪酸酯S-20和失水山梨醇脂肪酸酯S-40，超声使之混合均匀，得溶液B；
(3)将溶液B转移至反应釜中，在100-130℃下恒温反应18-25小时，搅拌速度为80-100r/min，搅拌过程是用非磁子搅拌；洗涤，烘干，得到前驱体；
(4)将前驱体在空气中经350-375℃恒温热处理后，得到纳米钴酸镍。
作为优选，步骤(1)中所述Ni(NO3)2·6H2O、Co(NO3)2·6H2O和尿素的摩尔比为1:2:(10-15)，镍离子在所述溶液A中的摩尔浓度为0.4mol/L。
作为优选，所述失水山梨醇脂肪酸酯S-20、失水山梨醇脂肪酸酯S-40和无水乙醇的体积比为2:3:10。
作为优选，步骤(2)中所述洗涤是用去离子水和无水乙醇分别洗涤3次。
本发明还提供应用上述方法制备得到的纳米钴酸镍。
本发明还提供上述纳米钴酸镍在制备超级电容器电极中的应用。
本发明以无水乙醇、失水山梨醇脂肪酸酯S-20和失水山梨醇脂肪酸酯S-40作为溶剂，以Ni(NO3)2·6H2O和Co(NO3)2·6H2O为反应原料，以失水山梨醇脂肪酸酯S-20和失水山梨醇脂肪酸酯S-40作为表面活性剂，通过溶剂热法制备得到前驱体后，进而制备得到一种纯度高、比表面积大(68m2/g)的纳米钴酸镍，在电极方面应用提高了活性材料和电解液的接触面，提高了反应速率；在充放电测试中，电流密度为2A/g时，比容量值达到了比较高的值2130F/g，经过4000次充放电测试之后比容量仍保持了92％以上，能够作为超级电容器电极材料使用；制备方法简单、产品成本低、适合大规模生产。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是实施例1中制备的纳米钴酸镍的X-射线衍射图，其中：横坐标是衍射角度(2θ)，纵坐标是相对衍射强度。
具体实施方式
以下的实施例仅为本发明的较优实施例，不应理解为对本发明的限定。下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。实验中所用原料：Ni(NO3)2·6H2O和Co(NO3)2·6H2O均为分析纯。
实施例1
本发明的一种纳米钴酸镍的制备方法步骤如下：
(1)将11.6gNi(NO3)2·6H2O(含镍离子0.04mol)、23.3g Co(NO3)2·6H2O(含钴离子0.08mol)和24.0g尿素加入到100ml无水乙醇中，常温下搅拌，使溶液混合均匀，得溶液A；
(2)在溶液A中加入20ml失水山梨醇脂肪酸酯S-20和30ml失水山梨醇脂肪酸酯S-40，超声使之混合均匀，得溶液B；
(3)将溶液B转移至反应釜中，在110℃下恒温反应22小时，搅拌速度为90r/min，搅拌过程是用非磁子搅拌；用去离子水和无水乙醇分别洗涤3次，在62℃下恒温干燥，得到前驱体；
(4)将前驱体在空气中经370℃恒温热处理2h(升温速率1℃/min)后，得到纳米钴酸镍。
将上述制备的纳米钴酸镍进行充放电实验，电流密度为2A/g时，比容量值达到了比较高的值2130F/g，电流密度为1A/g时，比容量值为1420F/g；经过4000次充放电测试之后比容量仍保持在92％以上。
实施例2
本发明的纳米钴酸镍的制备方法步骤如下：
(1)将11.6gNi(NO3)2·6H2O(含镍离子0.04mol)、23.3g Co(NO3)2·6H2O(含钴离子0.08mol)和36.0g尿素加入到100m无水乙醇中，常温下搅拌，使溶液混合均匀，得溶液A；
(2)在溶液A中加入20ml失水山梨醇脂肪酸酯S-20和30ml失水山梨醇脂肪酸酯S-40，超声使之混合均匀，得溶液B；
(3)将溶液B转移至反应釜中，在100℃下恒温反应24小时，搅拌速度为80r/min，搅拌过程是用非磁子搅拌；用去离子水和无水乙醇分别洗涤3次，在60℃下恒温干燥，得到前驱体；
(4)将前驱体在空气中经360℃恒温热处理3h(升温速率2℃/min)后，得到纳米钴酸镍。
将上述制备的纳米钴酸镍进行充放电实验，电流密度为2A/g时，比容量值达到了比较高的值2050F/g，电流密度为1A/g时，比容量值为1410F/g；经过4000次充放电测试之后比容量仍保持在92％以上。
实施例3
本发明的纳米钴酸镍的制备方法步骤如下：
(1)将11.6gNi(NO3)2·6H2O(含镍离子0.04mol)、23.3g Co(NO3)2·6H2O(含钴离子0.08mol)和31.0g尿素加入到100ml无水乙醇中，常温下搅拌，使溶液混合均匀，得溶液A；
(2)在溶液A中加入20ml失水山梨醇脂肪酸酯S-20和30ml失水山梨醇脂肪酸酯S-40，超声使之混合均匀，得溶液B；
(3)将溶液B转移至反应釜中，在130℃下恒温反应25小时，搅拌速度为100r/min，搅拌过程是用非磁子搅拌；用去离子水和无水乙醇分别洗涤3次，在65℃下恒温干燥，得到前驱体；
(4)将前驱体在空气中经350℃恒温热处理2h(升温速率1℃/min)后，得到纳米钴酸镍。
将上述制备的纳米钴酸镍进行充放电实验，电流密度为2A/g时，比容量值达到了比较高的值2010F/g，电流密度为1A/g时，比容量值为1510F/g；经过4000次充放电测试之后比容量仍保持在91％以上。
实施例4
本发明的纳米钴酸镍的制备方法步骤如下：
(1)将11.6gNi(NO3)2·6H2O(含镍离子0.04mol)、23.3g Co(NO3)2·6H2O(含钴离子0.08mol)和33.0g尿素加入到100ml无水乙醇中，常温下搅拌，使溶液混合均匀，得溶液A；
(2)在溶液A中加入20ml失水山梨醇脂肪酸酯S-20和30ml失水山梨醇脂肪酸酯S-40，超声使之混合均匀，得溶液B；
(3)将溶液B转移至反应釜中，在110℃下恒温反应20小时，搅拌速度为95r/min，搅拌过程是用非磁子搅拌；用去离子水和无水乙醇分别洗涤3次，在63℃下恒温干燥，得到前驱体；
(4)将前驱体在空气中经350℃恒温热处理3h(升温速率2℃/min)后，得到纳米钴酸镍。
将上述制备的纳米钴酸镍进行充放电实验，电流密度为2A/g时，比容量值达到了比较高的值1990F/g，电流密度为1A/g时，比容量值为1430F/g；经过4000次充放电测试之后比容量仍保持在92％以上。
实施例5
本发明的纳米钴酸镍的制备方法步骤如下：
(1)将11.6gNi(NO3)2·6H2O(含镍离子0.04mol)、23.3g Co(NO3)2·6H2O(含钴离子0.08mol)和28.0g尿素加入到100ml无水乙醇中，常温下搅拌，使溶液混合均匀，得溶液A；
(2)在溶液A中加入20ml失水山梨醇脂肪酸酯S-20和30ml失水山梨醇脂肪酸酯S-40，超声使之混合均匀，得溶液B；
(3)将溶液B转移至反应釜中，在120℃下恒温反应22小时，搅拌速度为90r/min，搅拌过程是用非磁子搅拌；用去离子水和无水乙醇分别洗涤3次，在65℃下恒温干燥，得到前驱体；
(4)将前驱体在空气中经360℃恒温热处理3h(升温速率1℃/min)后，得到纳米钴酸镍。
将上述制备的纳米钴酸镍进行充放电实验，电流密度为2A/g时，比容量值达到了比较高的值2080F/g，电流密度为1A/g时，比容量值为1470F/g；经过4000次充放电测试之后比容量仍保持在90％以上。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种纳米钴酸镍的制备方法，其特征在于：步骤如下： （1）将Ni(NO3)2·6H2O、Co(NO3)2·6H2O和尿素加入到无水乙醇中，常温下搅拌，使溶液混合均匀，得溶液A；所述Ni(NO3)2·6H2O、Co(NO3)2·6H2O和尿素的摩尔比为1:2:（10-15），镍离子在所述溶液A中的摩尔浓度为0.4mol/L；
（2）在溶液A中加入失水山梨醇脂肪酸酯S-20和失水山梨醇脂肪酸酯S-40，超声使之混合均匀，得溶液B；所述失水山梨醇脂肪酸酯S-20、失水山梨醇脂肪酸酯S-40和无水乙醇的体积比为2:3:10；
（3）将溶液B转移至反应釜中，在100-130℃下恒温反应18-25小时，搅拌速度为80-100r/min，搅拌过程是用非磁子搅拌；洗涤，烘干，得到前驱体；
（4）将前驱体在空气中经350-375℃恒温热处理后，得到纳米钴酸镍。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（2）中所述洗涤是用去离子水和无水乙醇分别洗涤3次。
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