CN106315695B - 一种杨梅状钴酸镍纳米材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种杨梅状钴酸镍纳米材料的制备方法，包括：将氯化镍、氯化钴与尿素按照摩尔量之比为1:2:6的比例溶解在去离子水中，搅拌形成粉色溶液，然后转移至高压反应釜中充分反应后冷却至室温，干燥后得到固相前驱体，随后采用两步煅烧法对其进行热处理，得到梅状钴酸镍纳米材料。该材料具有纳米微球结构，纳米棒在微球表面呈整齐阵列排布，使其具有较高的比表面积81m2g‑1，可用于超级电容器电极材料。

Description

一种杨梅状钴酸镍纳米材料及其制备方法
技术领域
本发明属于材料合成和电化学领域，具体涉及一种杨梅状钴酸镍纳米材料及其制备方法。
背景技术
钴酸镍作为一种有前景的电极材料，在超级电容器的应用中得到了广泛的研究。钴酸镍是一种典型的尖晶石型混合价态金属复合氧化物，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。其中，镍离子占据八面***置，钴离子既占有八面***置又占据四面***置。固态氧化还原对Co2+/Co3+和Ni2+/Ni3+在结构中的出现为赝电容的产生提供了两个活性中心。尽管这些材料已经得到了广泛的研究，但是在传统电极制备方法中粘结剂的添加，阻碍了电子的快速传递，这些因素使得活性材料的电容与理论电容值相去甚远。并且现有方法制得的钴酸镍材料比表面积较小，不足以用于超级电容器。
钴酸镍在其不同纳米结构下表现的电化学性能不同，通过调控水热条件和热处理条件，构建一种具有三维结构的纳米材料具有重要意义。因此本发明在一定的实验条件下，制备出具有杨梅状的钴酸镍纳米材料以满足人们对超级电容器的要求就显得极为迫切。
发明内容
本发明的目的在于提供一种杨梅状钴酸镍纳米材料的制备方法及其电化学应用。钴酸镍纳米材料可以通过简单的水热法和后续热处理获得，而水热温度和时间影响前驱体的晶体结构，热处理温度和时间影响二次重结晶的晶型结构，从而影响其比表面积的大小，进而影响其作为电极材料的电化学性能。因此本发明通过调控水热条件和热处理条件，构建一种具有较高比表面积的纳米结构，以得到一种具有较大比电容的电极材料。
为实现本发明的目的，采用如下技术方案：
一种杨梅状钴酸镍纳米材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）反应溶液的制备：将氯化镍、氯化钴和尿素溶解在去离子水中，超声分散形成反应溶液；
（2）固相前驱体的制备：将步骤（1）中所制得的反应溶液转移至高压反应釜中，在90-110℃下反应9-15h；充分反应后冷却至室温，对反应产物进行冲洗，真空干燥得到固相前驱体；
（3）后续热处理：将固相前驱体在氩气保护气氛中300-400℃煅烧3h，升温速率为2℃/min；然后，在空气气氛中300-400℃煅烧3h，升温速率为2℃/min，所得产物即为杨梅状钴酸镍纳米材料。
步骤（1）中氯化镍、氯化钴和尿素的摩尔量之比为：1:2:6。
步骤（2）中所述的真空干燥为：在60℃下真空干燥24h。
步骤（3）所制得的杨梅状钴酸镍纳米材料具有纳米微球结构，微球尺寸为直径8μm-12μm。
本发明所制得的杨梅状钴酸镍纳米材料具有三维结构，表面生长整齐排列的纳米棒，使其具有较大比表面积，有利于电子和离子在电极与电解液的界面上快速传输。
本发明的优点在于：
通过调控水热条件和热处理条件，构建具有纳米微球结构的钴酸镍，微球表面的纳米针具有多孔结构，十分有利于电解质离子的渗透，同时，多孔结构使其具有较大的比表面积，活性位点增多，使其展现出优秀的电化学性能。通过电化学测试表明，其在1A/g的电流密度下比电容达到2512F/g。
附图说明
图1为本发明的实施例1制备的杨梅状钴酸镍纳米材料的SEM图和其在1A/g下的电化学充放电曲线图；
图2为本发明的实施例2制备的杨梅状钴酸镍纳米材料的SEM图和其在1A/g下的电化学充放电曲线图；
图3为本发明的实施例3制备的杨梅状钴酸镍纳米材料的SEM图和其在1A/g下的电化学充放电曲线图。
具体实施方式
为进一步公开而不是限制本发明，以下结合实例对本发明作进一步的详细说明。
实施例1
一种杨梅状钴酸镍纳米材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）反应溶液的制备
将1mmol氯化镍、2mmol氯化钴与6mmol尿素溶解在70mL的去离子水中，搅拌并超声30min后形成粉色混合溶液；
（2）固相前驱体的制备
采用无基板水热法，将（1）中所制得溶液转移至100mL聚四氟乙烯内胆中，进行高温高压水热反应，反应温度控制在90℃，反应时间控制在15h；充分反应后冷却至室温，用蒸馏水和乙醇对反应产物进行冲洗，在60℃下真空干燥24h后得到固相前驱体；
（3）后续热处理
采用两步煅烧对前驱体进行热处理；首先，在氩气保护气氛中煅烧3h，反应温度控制在350℃；其次，在空气气氛中煅烧3h，反应温度控制在350℃；
所得产物即为杨梅状钴酸镍纳米材料。通过扫描电镜图可以看出，获得的钴酸镍纳米微球，表面生长球状微粒，比表面积较小。电化学测试表明，其在1A/g的电流密度下比电容达到1912F/g。
实施例2
一种杨梅状钴酸镍纳米材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）反应溶液的制备
将1mmol氯化镍、2mmol氯化钴与6mmol尿素溶解在70mL的去离子水中，搅拌并超声30min后形成粉色混合溶液；
（2）固相前驱体的制备
采用无基板水热法，将（1）中所制得溶液转移至100mL聚四氟乙烯内胆中，进行高温高压水热反应，反应温度控制在100℃，反应时间控制12h；充分反应后冷却至室温，用蒸馏水和乙醇对反应产物进行冲洗，在60℃下真空干燥24h后得到固相前驱体；
（3）后续热处理
采用两步煅烧对前驱体进行热处理；首先，在氩气保护气氛中煅烧3h，反应温度控制在350℃；其次，在空气气氛中煅烧3h，反应温度控制在300℃；
所得产物即为杨梅状钴酸镍纳米材料，通过扫描电镜图可以看出，获得的钴酸镍纳米微球，表面生长整齐排列的纳米棒，使其具有较大比表面积；通过电化学测试表明，其在1A/g的电流密度下比电容达到2512F/g。
实施例3
一种杨梅状钴酸镍纳米材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）反应溶液的制备
将1mmol氯化镍、2mmol氯化钴与6mmol尿素溶解在70mL的去离子水中，搅拌并超声30min后形成粉色混合溶液；
（2）固相前驱体的制备
采用无基板水热法，将（1）中所制得溶液转移至100mL聚四氟乙烯内胆中，进行高温高压水热反应，反应温度控制在110℃，反应时间控制9h；充分反应后冷却至室温，用蒸馏水和乙醇对反应产物进行冲洗，在60℃下真空干燥24h后得到固相前驱体；
（3）后续热处理
采用两步煅烧对前驱体进行热处理；首先，在氩气保护气氛中煅烧3h，反应温度控制在400℃；其次，在空气气氛中煅烧3h，反应温度控制在300℃；
所得产物即为杨梅状钴酸镍纳米材料，通过扫描电镜图可以看出，获得的钴酸镍纳米微球，表面生长的纳米棒呈绒毛状，使其比表面积较低；通过电化学测试表明，其在1A/g的电流密度下比电容达到2145F/g。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (3)

1.一种杨梅状钴酸镍纳米材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）反应溶液的制备：将氯化镍、氯化钴和尿素溶解在去离子水中，超声分散形成反应溶液；氯化镍、氯化钴和尿素的摩尔量之比为：1:2:6；
（2）固相前驱体的制备：将步骤（1）中所制得的反应溶液转移至高压反应釜中，在90-110℃下反应9-15h；充分反应后冷却至室温，对反应产物进行冲洗，真空干燥得到固相前驱体；
（3）后续热处理：将固相前驱体在氩气保护气氛中300-400℃煅烧3h，升温速率为2℃/min；然后，在空气气氛中300-400℃煅烧3h，升温速率为2℃/min，所得产物即为杨梅状钴酸镍纳米材料。
2.根据权利要求1所述的杨梅状钴酸镍纳米材料的制备方法，其特征在于：步骤（2）中所述的真空干燥为：在60℃下真空干燥24h。
3.根据权利要求1所述的杨梅状钴酸镍纳米材料的制备方法，其特征在于：步骤（3）所制得的杨梅状钴酸镍纳米材料具有纳米微球结构，微球尺寸为直径8μm-12μm。
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