CN111554517A - 一种氮掺杂多孔碳包覆纳米NiCo2O4的电极活性材料及其制法 - Google Patents

一种氮掺杂多孔碳包覆纳米NiCo2O4的电极活性材料及其制法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及超级电容器技术领域，且公开了一种氮掺杂多孔碳包覆纳米NiCo2O4的电极活性材料，包括以下配方原料及组分：NiCo2O4修饰石墨烯、1,5‑萘二胺、苝‑3,4,9,10‑四羧酸二酐。该一种氮掺杂多孔碳包覆纳米NiCo2O4的电极活性材料，纳米花瓣状片层结构的纳米NiCo2O4均匀分散在石墨烯巨大的比表面积上，暴露出更多的电化学活性位点和良好的赝电容效应，环氧化石墨烯为交联中心，得到石墨烯交联多孔状聚酰亚胺，具有大量的微孔结构，氮掺杂多孔碳均匀包覆纳米NiCo2O4，含有大量的介孔和孔隙结构，为离子的迁移提供了扩散通道，氮掺杂多孔碳与纳米NiCo2O4和石墨烯之间，形成三维导电网络，促进了电子的传输和迁移，增强了电极材料的导电性能。

Description

一种氮掺杂多孔碳包覆纳米NiCo2O4的电极活性材料及其制法
技术领域
本发明涉及超级电容器技术领域，具体为一种氮掺杂多孔碳包覆纳米NiCo2O4的电极活性材料及其制法。
背景技术
随着便携式电子设备和能源存储转换的快速发展，人们对能量密度更高、功率密度更大的能量存储装置的要求不断增加，超级电容器是一种介于传统电容器和充电电池之间的新型储能装置，具有电容器快速充放电的特性和电池的储能特性，具有功率密度高、充放电快速、循环寿命长等优点，是一种极具发展潜力的新型能量存储转换装置，但是超级电容器的能量密度较低，开发出具有比电容高、能量密度大的超级电容器电极材料，是改善超级电容器电化学性能的有效方法。
目前的超级电容器电极材料主要有碳材料类电极材料、导电聚合物电极材料和过渡金属氧化物电极材料，其中钴镍双金属氧化物NiCo2O4具有很高的理论比电容，可以提供两个电化学活性位点，产生更高的赝电容，但是NiCo2O4的导电性能不高，不利于电子的传输和扩散，并且比表面积更大的纳米NiCo2O4在电极材料中容易发生团聚的现象，导致电化学活性位点不能充分暴露，影响了NiCo2O4电极材料的实际比电容。
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种氮掺杂多孔碳包覆纳米NiCo2O4的电极活性材料及其制法，解决NiCo2O4电极材料导电性能较差的问题，同时解决了纳米NiCo2O4容易发生团聚。
(二)技术方案
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种氮掺杂多孔碳包覆纳米NiCo2O4的电极活性材料，包括以下原料及组分：NiCo2O4修饰石墨烯、1,5-萘二胺、苝-3,4,9,10-四羧酸二酐，质量比为4-10:1:2.2-2.5。
优选的，所述NiCo2O4修饰石墨烯制备方法包括以下步骤：
(1)向反应瓶中加入甲苯溶剂和氧化石墨烯，超声分散均匀后加入硅烷偶联剂3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷，将反应瓶置于油浴锅中，加热至110-130℃，匀速搅拌反应10-20h，将溶液冷却至室温，过滤除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体产物，并充分干燥，制备得到3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷接枝的环氧化石墨烯。
(2)向反应瓶中加入蒸馏水溶剂、环氧化石墨烯、硝酸镍和硝酸钴，超声分散均匀后，加入尿素和表面活性剂十二烷基硫酸钠，搅拌均匀后将溶液倒入高压反应釜中，并置于鼓风干燥机，加热至130-160℃，反应10-20h，将溶液冷冻干燥除去溶剂，固体产物置于电阻炉中，升温速率为1-3℃，升温至200-250℃，保温处理2-4h，制备得到纳米花瓣状的NiCo2O4修饰石墨烯。
优选的，所述氧化石墨烯和剂3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷的质量比为10:1-3。
优选的，所述环氧化石墨烯、硝酸镍、硝酸钴、尿素和十二烷基硫酸钠的质量比为2-8:10:20:4-8:15-25。
优选的，所述氮掺杂多孔碳包覆纳米NiCo2O4的电极活性材料制备方法如下包括以下步骤：
(1)向反应瓶中通入氮气，加入N,N-二甲基甲酰胺溶剂和NiCo2O4修饰石墨烯，超声分散均匀后加入1,5-萘二胺、苝-3,4,9,10-四羧酸二酐，将反应瓶至于恒温水浴锅中，加热至40-60℃，匀速搅拌反应8-12h，将反应瓶置于冰水浴中冷却，加入蒸馏水直至有大量沉淀析出，将溶液过滤除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体产物，并充分干燥。
(2)固体产物置于气氛炉中并通入氮气，升温速率为2-5℃/min，升温至180-200℃，保温处理40-80min，升温至260-300℃，保温处理60-90min，升温至350-380℃，保温处理60-90min，升温至580-650℃，保温煅烧2-4h，将煅烧产物研磨成细粉，制备得到氮掺杂多孔碳包覆纳米NiCo2O4的电极活性材料。
(三)有益的技术效果
与现有技术相比，本发明具备以下有益的技术效果：
该一种氮掺杂多孔碳包覆纳米NiCo2O4的电极活性材料，以3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷接枝的环氧化石墨烯为基体，十二烷基硫酸钠为表面活性剂，通过液相沉积法制备得到纳米NiCo2O4均匀分散在石墨烯巨大的比表面积上，有效减少了纳米NiCo2O4的团聚现象，并且NiCo2O4具有纳米花瓣状片层结构，比表面积很高，可以暴露出更多的电化学活性位点和良好的赝电容效应。
该一种氮掺杂多孔碳包覆纳米NiCo2O4的电极活性材料，以环氧化石墨烯的环氧基团为交联中心，1,5-萘二胺为二胺单体，苝-3,4,9,10-四羧酸二酐为二酐单体，发生开环聚合反应，聚合物链端的氨基再与石墨烯的环氧基团反应，再通过热亚胺化反应，得到石墨烯交联多孔状聚酰亚胺，具有大量的微孔结构，同时纳米NiCo2O4修饰石墨烯均匀分散在聚酰亚胺的基体中，并且聚酰亚胺分子链中含有大量的萘环刚性结构，保证了聚酰亚胺在高温碳化过程中，微孔结构不发生塌陷，形成氮掺杂多孔碳均匀包覆纳米NiCo2O4，作为超级电容器电极材料的活性成分，氮掺杂多孔碳含有大量的介孔和孔隙结构，为离子的迁移提供了扩散通道，并且氮掺杂多孔碳具有良好的导电性能，氮掺杂多孔碳与纳米NiCo2O4和石墨烯之间，形成三维导电网络，促进了电子的传输和迁移，增强了电极材料的导电性能，表现出很高的实际比电容和优异的电化学性能。
具体实施方式
为实现上述目的，本发明提供如下具体实施方式和实施例：一种氮掺杂多孔碳包覆纳米NiCo2O4的电极活性材料，包括以下原料及组分：NiCo2O4修饰石墨烯、1,5-萘二胺、苝-3,4,9,10-四羧酸二酐，质量比为4-10:1:2.2-2.5。
NiCo2O4修饰石墨烯制备方法包括以下步骤：
(1)向反应瓶中加入甲苯溶剂和氧化石墨烯，超声分散均匀后加入硅烷偶联剂3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷，两者质量比为10:1-3，将反应瓶置于油浴锅中，加热至110-130℃，匀速搅拌反应10-20h，将溶液冷却至室温，过滤除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体产物，并充分干燥，制备得到3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷接枝的环氧化石墨烯。
(2)向反应瓶中加入蒸馏水溶剂、环氧化石墨烯、硝酸镍和硝酸钴，超声分散均匀后，加入尿素和表面活性剂十二烷基硫酸钠，五者质量比为2-8:10:20:4-8:15-25，搅拌均匀后将溶液倒入高压反应釜中，并置于鼓风干燥机，加热至130-160℃，反应10-20h，将溶液冷冻干燥除去溶剂，固体产物置于电阻炉中，升温速率为1-3℃，升温至200-250℃，保温处理2-4h，制备得到纳米花瓣状的NiCo2O4修饰石墨烯。
氮掺杂多孔碳包覆纳米NiCo2O4的电极活性材料制备方法如下包括以下步骤：
(1)向反应瓶中通入氮气，加入N,N-二甲基甲酰胺溶剂和NiCo2O4修饰石墨烯，超声分散均匀后加入1,5-萘二胺、苝-3,4,9,10-四羧酸二酐，将反应瓶至于恒温水浴锅中，加热至40-60℃，匀速搅拌反应8-12h，将反应瓶置于冰水浴中冷却，加入蒸馏水直至有大量沉淀析出，将溶液过滤除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体产物，并充分干燥。
(2)固体产物置于气氛炉中并通入氮气，升温速率为2-5℃/min，升温至180-200℃，保温处理40-80min，升温至260-300℃，保温处理60-90min，升温至350-380℃，保温处理60-90min，升温至580-650℃，保温煅烧2-4h，将煅烧产物研磨成细粉，制备得到氮掺杂多孔碳包覆纳米NiCo2O4的电极活性材料。
向乙醇溶剂中加入氮掺杂多孔碳包覆纳米NiCo2O4的电极活性材料、导电剂乙炔黑和胶黏剂聚偏氟乙烯，质量比为8:1:1，分散均匀后将浆料均匀涂敷在泡沫镍电极上，制备得到超级电容器工作电极材料。
实施例1
(1)制备环氧化石墨烯组分1：向反应瓶中加入甲苯溶剂和氧化石墨烯，超声分散均匀后加入硅烷偶联剂3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷，两者质量比为10:1，将反应瓶置于油浴锅中，加热至120℃，匀速搅拌反应10h，将溶液冷却至室温，过滤除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体产物，并充分干燥，制备得到3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷接枝的环氧化石墨烯组分1。
(2)制备纳米花瓣状的NiCo2O4修饰石墨烯组分1：向反应瓶中加入蒸馏水溶剂、环氧化石墨烯组分1、硝酸镍和硝酸钴，超声分散均匀后，加入尿素和表面活性剂十二烷基硫酸钠，五者质量比为2:10:20:4:15，搅拌均匀后将溶液倒入高压反应釜中，并置于鼓风干燥机，加热至130℃，反应10h，将溶液冷冻干燥除去溶剂，固体产物置于电阻炉中，升温速率为1℃，升温至200℃，保温处理2h，制备得到纳米花瓣状的NiCo2O4修饰石墨烯组分1。
(3)制备氮掺杂多孔碳包覆纳米NiCo2O4的电极活性材料1：向反应瓶中通入氮气，加入N,N-二甲基甲酰胺溶剂和NiCo2O4修饰石墨烯组分1，超声分散均匀后加入1,5-萘二胺、苝-3,4,9,10-四羧酸二酐，三者质量比为4:1:2.2，将反应瓶至于恒温水浴锅中，加热至40℃，匀速搅拌反应8h，将反应瓶置于冰水浴中冷却，加入蒸馏水直至有大量沉淀析出，将溶液过滤除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体产物，并充分干燥，固体产物置于气氛炉中并通入氮气，升温速率为2℃/min，升温至180℃，保温处理40min，升温至260℃，保温处理60min，升温至350℃，保温处理60min，升温至580℃，保温煅烧2h，将煅烧产物研磨成细粉，制备得到氮掺杂多孔碳包覆纳米NiCo2O4的电极活性材料1。
(4)制备得到超级电容器工作电极材料1：向乙醇溶剂中加入氮掺杂多孔碳包覆纳米NiCo2O4的电极活性材料1、导电剂乙炔黑和胶黏剂聚偏氟乙烯，质量比为8:1:1，分散均匀后将浆料均匀涂敷在泡沫镍电极上，制备得到超级电容器工作电极材料1。
实施例2
(1)制备环氧化石墨烯组分2：向反应瓶中加入甲苯溶剂和氧化石墨烯，超声分散均匀后加入硅烷偶联剂3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷，两者质量比为10:1.5，将反应瓶置于油浴锅中，加热至130℃，匀速搅拌反应12h，将溶液冷却至室温，过滤除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体产物，并充分干燥，制备得到3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷接枝的环氧化石墨烯组分2。
(2)制备纳米花瓣状的NiCo2O4修饰石墨烯组分2：向反应瓶中加入蒸馏水溶剂、环氧化石墨烯组分2、硝酸镍和硝酸钴，超声分散均匀后，加入尿素和表面活性剂十二烷基硫酸钠，五者质量比为3:10:20:5:18，搅拌均匀后将溶液倒入高压反应釜中，并置于鼓风干燥机，加热至150℃，反应10h，将溶液冷冻干燥除去溶剂，固体产物置于电阻炉中，升温速率为2℃，升温至220℃，保温处理3h，制备得到纳米花瓣状的NiCo2O4修饰石墨烯组分2。
(3)制备氮掺杂多孔碳包覆纳米NiCo2O4的电极活性材料2：向反应瓶中通入氮气，加入N,N-二甲基甲酰胺溶剂和NiCo2O4修饰石墨烯组分2，超声分散均匀后加入1,5-萘二胺、苝-3,4,9,10-四羧酸二酐，三者质量比为5:1:2.2.1，将反应瓶至于恒温水浴锅中，加热至50℃，匀速搅拌反应12h，将反应瓶置于冰水浴中冷却，加入蒸馏水直至有大量沉淀析出，将溶液过滤除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体产物，并充分干燥，固体产物置于气氛炉中并通入氮气，升温速率为3℃/min，升温至200℃，保温处理50min，升温至260℃，保温处理90min，升温至370℃，保温处理60min，升温至600℃，保温煅烧3h，将煅烧产物研磨成细粉，制备得到氮掺杂多孔碳包覆纳米NiCo2O4的电极活性材料2。
(4)制备得到超级电容器工作电极材料2：向乙醇溶剂中加入氮掺杂多孔碳包覆纳米NiCo2O4的电极活性材料2、导电剂乙炔黑和胶黏剂聚偏氟乙烯，质量比为8:1:1，分散均匀后将浆料均匀涂敷在泡沫镍电极上，制备得到超级电容器工作电极材料2。
实施例3
(1)制备环氧化石墨烯组分3：向反应瓶中加入甲苯溶剂和氧化石墨烯，超声分散均匀后加入硅烷偶联剂3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷，两者质量比为10:2，将反应瓶置于油浴锅中，加热至120℃，匀速搅拌反应15h，将溶液冷却至室温，过滤除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体产物，并充分干燥，制备得到3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷接枝的环氧化石墨烯组分3。
(2)制备纳米花瓣状的NiCo2O4修饰石墨烯组分3：向反应瓶中加入蒸馏水溶剂、环氧化石墨烯组分3、硝酸镍和硝酸钴，超声分散均匀后，加入尿素和表面活性剂十二烷基硫酸钠，五者质量比为4:10:20:6:20，搅拌均匀后将溶液倒入高压反应釜中，并置于鼓风干燥机，加热至150℃，反应15h，将溶液冷冻干燥除去溶剂，固体产物置于电阻炉中，升温速率为2℃，升温至220℃，保温处理3h，制备得到纳米花瓣状的NiCo2O4修饰石墨烯组分3。
(3)制备氮掺杂多孔碳包覆纳米NiCo2O4的电极活性材料3：向反应瓶中通入氮气，加入N,N-二甲基甲酰胺溶剂和NiCo2O4修饰石墨烯组分3，超声分散均匀后加入1,5-萘二胺、苝-3,4,9,10-四羧酸二酐，三者质量比为8:1:2.35，将反应瓶至于恒温水浴锅中，加热至50℃，匀速搅拌反应10h，将反应瓶置于冰水浴中冷却，加入蒸馏水直至有大量沉淀析出，将溶液过滤除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体产物，并充分干燥，固体产物置于气氛炉中并通入氮气，升温速率为3℃/min，升温至190℃，保温处理60min，升温至280℃，保温处理70min，升温至360℃，保温处理80min，升温至620℃，保温煅烧3h，将煅烧产物研磨成细粉，制备得到氮掺杂多孔碳包覆纳米NiCo2O4的电极活性材料3。
(4)制备得到超级电容器工作电极材料3：向乙醇溶剂中加入氮掺杂多孔碳包覆纳米NiCo2O4的电极活性材料3、导电剂乙炔黑和胶黏剂聚偏氟乙烯，质量比为8:1:1，分散均匀后将浆料均匀涂敷在泡沫镍电极上，制备得到超级电容器工作电极材料3。
实施例4
(1)制备环氧化石墨烯组分4：向反应瓶中加入甲苯溶剂和氧化石墨烯，超声分散均匀后加入硅烷偶联剂3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷，两者质量比为10:2.5，将反应瓶置于油浴锅中，加热至130℃，匀速搅拌反应18h，将溶液冷却至室温，过滤除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体产物，并充分干燥，制备得到3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷接枝的环氧化石墨烯组分4。
(2)制备纳米花瓣状的NiCo2O4修饰石墨烯组分4：向反应瓶中加入蒸馏水溶剂、环氧化石墨烯组分4、硝酸镍和硝酸钴，超声分散均匀后，加入尿素和表面活性剂十二烷基硫酸钠，五者质量比为6.5:10:20:7:23，搅拌均匀后将溶液倒入高压反应釜中，并置于鼓风干燥机，加热至160℃，反应10h，将溶液冷冻干燥除去溶剂，固体产物置于电阻炉中，升温速率为2℃，升温至230℃，保温处理4h，制备得到纳米花瓣状的NiCo2O4修饰石墨烯组分4。
(3)制备氮掺杂多孔碳包覆纳米NiCo2O4的电极活性材料4：向反应瓶中通入氮气，加入N,N-二甲基甲酰胺溶剂和NiCo2O4修饰石墨烯组分4，超声分散均匀后加入1,5-萘二胺、苝-3,4,9,10-四羧酸二酐，三者质量比为8:1:2.4，将反应瓶至于恒温水浴锅中，加热至60℃，匀速搅拌反应10h，将反应瓶置于冰水浴中冷却，加入蒸馏水直至有大量沉淀析出，将溶液过滤除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体产物，并充分干燥，固体产物置于气氛炉中并通入氮气，升温速率为4℃/min，升温至190℃，保温处理50min，升温至280℃，保温处理70min，升温至370℃，保温处理80min，升温至640℃，保温煅烧3h，将煅烧产物研磨成细粉，制备得到氮掺杂多孔碳包覆纳米NiCo2O4的电极活性材料4。
(4)制备得到超级电容器工作电极材料4：向乙醇溶剂中加入氮掺杂多孔碳包覆纳米NiCo2O4的电极活性材料4、导电剂乙炔黑和胶黏剂聚偏氟乙烯，质量比为8:1:1，分散均匀后将浆料均匀涂敷在泡沫镍电极上，制备得到超级电容器工作电极材料4。
实施例5
(1)制备环氧化石墨烯组分5：向反应瓶中加入甲苯溶剂和氧化石墨烯，超声分散均匀后加入硅烷偶联剂3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷，两者质量比为10:3，将反应瓶置于油浴锅中，加热至130℃，匀速搅拌反应20h，将溶液冷却至室温，过滤除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体产物，并充分干燥，制备得到3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷接枝的环氧化石墨烯组分5。
(2)制备纳米花瓣状的NiCo2O4修饰石墨烯组分5：向反应瓶中加入蒸馏水溶剂、环氧化石墨烯组分5、硝酸镍和硝酸钴，超声分散均匀后，加入尿素和表面活性剂十二烷基硫酸钠，五者质量比为8:10:20:8:25，搅拌均匀后将溶液倒入高压反应釜中，并置于鼓风干燥机，加热至160℃，反应20h，将溶液冷冻干燥除去溶剂，固体产物置于电阻炉中，升温速率为3℃，升温至250℃，保温处理4h，制备得到纳米花瓣状的NiCo2O4修饰石墨烯组分5。
(3)制备氮掺杂多孔碳包覆纳米NiCo2O4的电极活性材料5：向反应瓶中通入氮气，加入N,N-二甲基甲酰胺溶剂和NiCo2O4修饰石墨烯组分5，超声分散均匀后加入1,5-萘二胺、苝-3,4,9,10-四羧酸二酐，三者质量比为10:1:2.5，将反应瓶至于恒温水浴锅中，加热至60℃，匀速搅拌反应12h，将反应瓶置于冰水浴中冷却，加入蒸馏水直至有大量沉淀析出，将溶液过滤除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体产物，并充分干燥，固体产物置于气氛炉中并通入氮气，升温速率为5℃/min，升温至200℃，保温处理80min，升温至300℃，保温处理90min，升温至380℃，保温处理90min，升温至650℃，保温煅烧4h，将煅烧产物研磨成细粉，制备得到氮掺杂多孔碳包覆纳米NiCo2O4的电极活性材料5。
(4)制备得到超级电容器工作电极材料5：向乙醇溶剂中加入氮掺杂多孔碳包覆纳米NiCo2O4的电极活性材料5、导电剂乙炔黑和胶黏剂聚偏氟乙烯，质量比为8:1:1，分散均匀后将浆料均匀涂敷在泡沫镍电极上，制备得到超级电容器工作电极材料5。
使用实施例1-5制备得到超级电容器工作电极材料作为工作电极，铂片为对电极，饱和甘汞电极为参比电极，2mol/L的氢氧化钾溶液作为电解液，通过三电极***，使用CHI660B电化学工作站，进行循环伏安测试和恒电流充放电测试。
Figure BDA0002487402450000101
Figure BDA0002487402450000111
综上所述，该一种氮掺杂多孔碳包覆纳米NiCo2O4的电极活性材料，以3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷接枝的环氧化石墨烯为基体，十二烷基硫酸钠为表面活性剂，通过液相沉积法制备得到纳米NiCo2O4均匀分散在石墨烯巨大的比表面积上，有效减少了纳米NiCo2O4的团聚现象，并且NiCo2O4具有纳米花瓣状片层结构，比表面积很高，可以暴露出更多的电化学活性位点和良好的赝电容效应。
以环氧化石墨烯的环氧基团为交联中心，1,5-萘二胺为二胺单体，苝-3,4,9,10-四羧酸二酐为二酐单体，发生开环聚合反应，聚合物链端的氨基再与石墨烯的环氧基团反应，再通过热亚胺化反应，得到石墨烯交联多孔状聚酰亚胺，具有大量的微孔结构，同时纳米NiCo2O4修饰石墨烯均匀分散在聚酰亚胺的基体中，并且聚酰亚胺分子链中含有大量的萘环刚性结构，保证了聚酰亚胺在高温碳化过程中，微孔结构不发生塌陷，形成氮掺杂多孔碳均匀包覆纳米NiCo2O4，作为超级电容器电极材料的活性成分，氮掺杂多孔碳含有大量的介孔和孔隙结构，为离子的迁移提供了扩散通道，并且氮掺杂多孔碳具有良好的导电性能，氮掺杂多孔碳与纳米NiCo2O4和石墨烯之间，形成三维导电网络，促进了电子的传输和迁移，增强了电极材料的导电性能，表现出很高的实际比电容和优异的电化学性能。

Claims (5)

1.一种氮掺杂多孔碳包覆纳米NiCo2O4的电极活性材料，包括以下原料及组分，其特征在于：NiCo2O4修饰石墨烯、1,5-萘二胺、苝-3,4,9,10-四羧酸二酐，质量比为4-10:1:2.2-2.5。
2.根据权利要求1所述的一种氮掺杂多孔碳包覆纳米NiCo2O4的电极活性材料，其特征在于：所述NiCo2O4修饰石墨烯制备方法包括以下步骤：
(1)向甲苯溶剂中加入氧化石墨烯，超声分散均匀后加入硅烷偶联剂3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷，加热至110-130℃，反应10-20h，过滤、洗涤并干燥，制备得到3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷接枝的环氧化石墨烯；
(2)向蒸馏水溶剂中加入环氧化石墨烯、硝酸镍和硝酸钴，超声分散均匀后加入尿素和表面活性剂十二烷基硫酸钠，将溶液倒入高压反应釜中，加热至130-160℃，反应10-20h，除去溶剂，固体产物置于电阻炉中，升温速率为1-3℃，升温至200-250℃，保温处理2-4h，制备得到纳米花瓣状的NiCo2O4修饰石墨烯。
3.根据权利要求2所述的一种氮掺杂多孔碳包覆纳米NiCo2O4的电极活性材料，其特征在于：所述氧化石墨烯和剂3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷的质量比为10:1-3。
4.根据权利要求2所述的一种氮掺杂多孔碳包覆纳米NiCo2O4的电极活性材料，其特征在于：所述环氧化石墨烯、硝酸镍、硝酸钴、尿素和十二烷基硫酸钠的质量比为2-8:10:20:4-8:15-25。
5.根据权利要求1所述的一种氮掺杂多孔碳包覆纳米NiCo2O4的电极活性材料，其特征在于：所述氮掺杂多孔碳包覆纳米NiCo2O4的电极活性材料制备方法如下包括以下步骤：
(1)向N,N-二甲基甲酰胺溶剂中加入NiCo2O4修饰石墨烯，超声分散均匀后加入1,5-萘二胺、苝-3,4,9,10-四羧酸二酐，在氮气氛围下，加热至40-60℃，反应8-12h，过滤、洗涤并干燥；
(2)固体产物置于气氛炉中并通入氮气，升温速率为2-5℃/min，升温至180-200℃，保温处理40-80min，升温至260-300℃，保温处理60-90min，升温至350-380℃，保温处理60-90min，升温至580-650℃，保温煅烧2-4h，将煅烧产物研磨成细粉，制备得到氮掺杂多孔碳包覆纳米NiCo2O4的电极活性材料。
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