一種多孔鎳鈷雙金屬氫氧化物納米片、其制備方法及應用的制作方法
【專利摘要】一種多孔鎳鈷雙金屬氫氧化物納米片、其制備方法及應用，多孔鎳鈷雙金屬氫氧化物納米片以金屬鎳片為基底，鎳鈷雙金屬氫氧化物垂直有序生長在鎳片上。跟現有技術相比，所以本發明對反應物的濃度比例、反應溫度、反應時間要求嚴格。本發明操作簡便，耗能低，合成成本低，重現性高，所得產物純度高、分散性好、晶形好且可控制。得到多孔鎳鈷雙金屬氫氧化物納米片，可直接用作超級電容器電極材料。不僅增強了導電性，而且實現了長的穩定性，此外二元復合多孔材料增加了材料本身的比表面積，提高了材料的能量密度和功率密度，在能量存儲方面具有潛在的應用價值。
【專利說明】一種多孔鎳鈷雙金屬氫氧化物納米片、其制備方法及應用
【技術領域】
[0001]本發明涉及納米材料合成領域，具體涉及一種多孔鎳鈷雙金屬氫氧化物納米片、其制備方法及應用。
【背景技術】
[0002]超級電容器具有功率密度高、充電時間短、溫度特性好、使用壽命長等優點。隨著科學技術突飛猛進的發展以及電子儲能產品的更新換代，超級電容器電極材料的研究已經引起了研究者們的極大興趣。目前，傳統的超級電容器電極材料主要有以下幾類:碳材料類電極材料、導電聚合物類電極材料、貴金屬氧化物類電極材料。高性能的超級電容器電極材料需滿足以下兩點要求:電極材料的導電性好和比表面積大。然而，在實際應用中，人們發現，這些傳統的電極材料或多或少都存在各自的缺陷，如:活性面積小，導電性差、電容量低，循環時間短，能量密度和功率密度小，由于這些缺陷的存在，很難滿足現實中更高的應用需求。二元或三元納米復合材料比單個元素納米材料有較好的性能和獨特的優點，而以金屬鎳片為基底生長多孔鎳鈷雙金屬氫氧化物納米片的制備方法還沒有公開，而且雙金屬氫氧化物納米材料有著廣泛的應用。
【發明內容】
[0003]為解決現有技術存在的不存，本發明提供一種多孔鎳鈷雙金屬氫氧化物納米片。
[0004]本發明還提供了一種多孔鎳鈷雙金屬氫氧化物納米片的制備方法，及其應用，得到多孔鎳鈷雙金屬氫氧化物納米片，可直接用作超級電容器電極材料。
[0005]本發明提供一種多孔鎳鈷雙金屬氫氧化物納米片，以金屬鎳片為基底，鎳鈷雙金屬氫氧化物垂直有序生長在鎳片上。
[0006]本發明提供的一種多孔鎳鈷雙金屬氫氧化物納米片的制備方法，包括以下步驟:
[0007]a、鎳片的清洗處理工序:
[0008]先用砂紙打磨，再依次用IM鹽酸、丙酮、乙醇、二次蒸餾水進行超聲清洗，超聲清洗時間為10-20min ；
[0009]b、多孔鎳鈷雙金屬氫氧化物納米片制備工序:
[0010]將二次蒸餾水、二價鎳鹽和二價鈷鹽混合均勻，得到混合液，再逐滴加入氫氧化鈉溶液，不斷攪拌使其均勻混合后，倒入反應釜中，將清洗后表面潔凈的鎳片浸入，將反應釜密閉，反應，冷卻至室溫，用蒸餾水、無水乙醇清洗，室溫干燥，即得到多孔鎳鈷雙金屬氫氧化物納米片。
[0011 ] 步驟b中，將二次蒸餾水、二價鎳鹽和二價鈷鹽混合均勻，得到的混合液中，二價鎳鹽溶液的濃度為0.1M，二價鈷鹽溶液的濃度為0.1M-1M。
[0012]步驟b中，所述反應為在60_100°C下反應4_12h。
[0013]步驟b中，加入的氫氧化鈉溶液溶度為0.4M-2.2M ;加入的氫氧化鈉溶液的體積與所述二次蒸餾水的體積比為1:1 ;鎳、鈷濃度總和與氫氧化鈉濃度之比為1:2。
[0014]本發明提供的一種多孔鎳鈷雙金屬氫氧化物納米片的應用，作為超級電容器的電極材料的應用。
[0015]本發明所制備的多孔鎳鈷雙金屬氫氧化物納米片直接生長在金屬鎳片上，可直接作為超級電容器的電極材料，不僅增強了導電性，而且實現了長的穩定性，此外二元復合多孔材料增加了材料本身的比表面積，提高了材料的能量密度和功率密度，在能量存儲方面具有潛在的應用價值。
[0016]本發明中用到的金屬鎳片，由于其良好的導電性，低廉的價格，而可以廣泛的用于以金屬鎳片為基底的各種不同納米材料電極的制備。
[0017]本發明提供的一種多孔鎳鈷雙金屬氫氧化物納米片的制備方法，是在密閉的高溫高壓反應釜中，采用二次蒸餾水作為反應溶劑，加入特定比例的六水合氯化鎳、六水合氯化鈷混合均勻，然后緩慢滴加氫氧化鈉溶液，攪拌得到均勻混合液，通過加熱反應體系，產生一個高壓環境而制備鎳鈷雙氫氧化物納米片材料的一種有效方法。所以本發明對反應物的濃度比例、反應溫度、反應時間要求嚴格。本發明操作簡便，耗能低，合成成本低，重現性高，所得產物純度高、分散性好、晶形好且可控制。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1為實施例1制備的多孔鎳鈷雙金屬氫氧化物納米片的粉末X-射線衍射(XRD)圖；
[0019]圖2為實施例1制備的多孔鎳鈷雙金屬氫氧化物納米片的能量散射X-射線光譜(EDX)圖；
[0020]圖3為實施例1制備的多孔鎳鈷雙金屬氫氧化物納米片的低放大倍率的掃描電子顯微鏡照片(SEM)；
[0021]圖4為實施例1制備的多孔鎳鈷雙金屬氫氧化物納米片的高放大倍率的掃描電子顯微鏡照片(SEM)；
[0022]圖5為實施例1制備的多孔鎳鈷雙金屬氫氧化物納米片的循環伏安曲線圖(CV)；
[0023]圖6為實施例1制備的多孔鎳鈷雙金屬氫氧化物納米片的充放電曲線圖；
[0024]圖7為不同比例的鎳鈷雙金屬氫氧化物納米片材料的充放電對比曲線圖；
[0025]圖8為實施例1制備的多孔鎳鈷雙金屬氫氧化物納米片的具體電容-電流密度對比曲線圖。
【具體實施方式】
[0026]實施例1
[0027]a、金屬鎳片的清洗處理工序:
[0028]將表面有雜質的鎳片先用砂紙打磨光亮，再依次放入IM鹽酸、丙酮、無水乙醇、二次蒸懼水中進行超聲清洗15min ；
[0029]b、多孔鎳鈷雙金屬氫氧化物納米片制備工序:
[0030]在常溫下，將Immol六水合氯化鎳和2mmol六水合氯化鈷溶解在1ml 二次蒸餾水中，不斷攪拌使其均勻混合形成澄清溶液，將0.24g氫氧化鈉溶解在1ml的二次蒸餾水中配成0.6M的氫氧化鈉溶液。然后用膠頭滴管將配好的氫氧化鈉溶液緩慢滴入混合溶液中，滴速控制在一秒一滴，邊滴加邊攪拌，使其充分反應，待混合均勻后，倒入60mL反應釜中，將厚0.15mm，表面積I X 2cm2處理好的鎳片浸入混合液中，擰緊釜蓋，在80°C下反應8h，取出反應釜自然冷卻至室溫，依次用蒸餾水、無水乙醇沖洗干凈，自然晾干，即得到多孔鎳鈷雙金屬氫氧化物納米片。
[0031]一種多孔鎳鈷雙金屬氫氧化物納米片的應用，作為超級電容器的電極材料的應用。
[0032]所制的鎳鈷雙金屬氫氧化物的形貌如圖3所示多孔鎳鈷雙金屬氫氧化物納米片垂直有序的生長在鎳片上。
[0033]實施例2
[0034]a、金屬鎳片的清洗處理工序:與實施例1相同；
[0035]b、多孔鎳鈷雙金屬氫氧化物納米片制備工序:
[0036]在常溫下，將Immol六水合氯化鎳和Immol六水合氯化鈷溶解在1ml 二次蒸餾水中，不斷攪拌使其均勻混合形成澄清溶液，將0.16g氫氧化鈉溶解在1ml的二次蒸餾水中配成0.4M的氫氧化鈉溶液。然后用膠頭滴管將配好的氫氧化鈉溶液緩慢滴入混合溶液中，滴速控制在一秒一滴，邊滴加邊攪拌，使其充分反應，待混合均勻后，倒入60mL反應釜中，將厚0.15mm，表面積I X 2cm2處理好的鎳片浸入混合液中，擰緊釜蓋，在80°C下反應8h，取出反應釜自然冷卻至室溫，依次用蒸餾水、無水乙醇沖洗干凈，自然晾干，即可。
[0037]一種多孔鎳鈷雙金屬氫氧化物納米片的應用，作為超級電容器的電極材料的應用。
[0038]實施例3
[0039]a、金屬鎳片的清洗處理工序:先用砂紙打磨，再依次用IM鹽酸、丙酮、乙醇、二次蒸餾水進行超聲清洗，超聲清洗時間為12min ；
[0040]b、多孔鎳鈷雙金屬氫氧化物納米片制備工序:
[0041 ] 在常溫下，將Immol六水合氯化鎳和5mmol六水合氯化鈷溶解在1ml 二次蒸餾水中，不斷攪拌使其均勻混合形成澄清溶液，將0.48g氫氧化鈉溶解在1ml的二次蒸餾水中配成1.2M的氫氧化鈉溶液。然后用膠頭滴管將配好的氫氧化鈉溶液緩慢滴入混合溶液中，滴速控制在一秒一滴，邊滴加邊攪拌，使其充分反應，待混合均勻后，倒入60mL反應釜中，將厚0.15mm，表面積I X 2cm2處理好的鎳片浸入混合液中，擰緊釜蓋，在80°C下反應8h，取出反應釜自然冷卻至室溫，依次用蒸餾水、無水乙醇沖洗干凈，自然晾干，即可。
[0042]一種多孔鎳鈷雙金屬氫氧化物納米片的應用，作為超級電容器的電極材料的應用。
[0043]實施例4
[0044]a、金屬鎳片的清洗處理工序:先用砂紙打磨，再依次用IM鹽酸、丙酮、乙醇、二次蒸餾水進行超聲清洗，超聲清洗時間為20min ；
[0045]b、多孔鎳鈷雙金屬氫氧化物納米片制備工序:
[0046]在常溫下，將Immol六水合氯化鎳和8mmol六水合氯化鈷溶解在1ml 二次蒸餾水中，不斷攪拌使其均勻混合形成澄清溶液，將0.72g氫氧化鈉溶解在1ml的二次蒸餾水中配成1.8M的氫氧化鈉溶液。然后用膠頭滴管將配好的氫氧化鈉溶液緩慢滴入混合溶液中，滴速控制在一秒一滴，邊滴加邊攪拌，使其充分反應，待混合均勻后，倒入60mL反應釜中，將厚0.15mm，表面積I X 2cm2處理好的鎳片浸入混合液中，擰緊釜蓋，在80°C下反應8h，取出反應釜自然冷卻至室溫，依次用蒸餾水、無水乙醇沖洗干凈，自然晾干，即可。
[0047]—種多孔鎳鈷雙金屬氫氧化物納米片的應用，作為超級電容器的電極材料的應用。
[0048]實施例5
[0049]a、金屬鎳片的清洗處理工序:與實施例1相同；
[0050]b、多孔鎳鈷雙金屬氫氧化物納米片制備工序:
[0051]在常溫下，將Immol六水合氯化鎳和1mmol六水合氯化鈷溶解在1ml 二次蒸餾水中，不斷攪拌使其均勻混合形成澄清溶液，將0.88g氫氧化鈉溶解在1ml的二次蒸餾水中配成2.2M的氫氧化鈉溶液。然后用膠頭滴管將配好的氫氧化鈉溶液緩慢滴入混合溶液中，滴速控制在一秒一滴，邊滴加邊攪拌，使其充分反應，待混合均勻后，倒入60mL反應釜中，將厚0.15mm,表面積I X 2cm2處理好的鎳片浸入混合液中，擰緊釜蓋，在80°C下反應8h，取出反應釜自然冷卻至室溫，依次用蒸餾水、無水乙醇沖洗干凈，自然晾干，即可。
[0052]一種多孔鎳鈷雙金屬氫氧化物納米片的應用，作為超級電容器的電極材料的應用。
[0053]實施例6
[0054]a、金屬鎳片的清洗處理工序:與實施例1相同；
[0055]b、多孔鎳鈷雙金屬氫氧化物納米片制備工序:
[0056]在常溫下，將Immol六水合氯化鎳和2mmol六水合氯化鈷溶解在1ml 二次蒸餾水中，不斷攪拌使其均勻混合形成澄清溶液，將0.24g氫氧化鈉溶解在1ml的二次蒸餾水中配成0.6M的氫氧化鈉溶液。然后用膠頭滴管將配好的氫氧化鈉溶液緩慢滴入混合溶液中，滴速控制在一秒一滴，邊滴加邊攪拌，使其充分反應，待混合均勻后，倒入60mL反應釜中，將厚0.15mm，表面積I X 2cm2處理好的鎳片浸入混合液中，擰緊釜蓋，在100°C下反應4h，取出反應釜自然冷卻至室溫，依次用蒸餾水、無水乙醇沖洗干凈，自然晾干，即可。
[0057]一種多孔鎳鈷雙金屬氫氧化物納米片的應用，作為超級電容器的電極材料的應用。
[0058]實施例6
[0059]a、金屬鎳片的清洗處理工序:與實施例1相同；
[0060]b、多孔鎳鈷雙金屬氫氧化物納米片制備工序:
[0061 ] 在常溫下，將Immol六水合氯化鎳和2mmol六水合氯化鈷溶解在1ml 二次蒸餾水中，不斷攪拌使其均勻混合形成澄清溶液，將0.24g氫氧化鈉溶解在1ml的二次蒸餾水中配成0.6M的氫氧化鈉溶液。然后用膠頭滴管將配好的氫氧化鈉溶液緩慢滴入混合溶液中，滴速控制在一秒一滴，邊滴加邊攪拌，使其充分反應，待混合均勻后，倒入60mL反應釜中，將厚0.15mm,表面積I X 2cm2處理好的鎳片浸入混合液中，擰緊釜蓋，在60°C下反應12h，取出反應釜自然冷卻至室溫，依次用蒸餾水、無水乙醇沖洗干凈，自然晾干，即可。
[0062]一種多孔鎳鈷雙金屬氫氧化物納米片的應用，作為超級電容器的電極材料的應用。
[0063]實施例8 (電化學應用)
[0064]將實施例1制備好的多孔鎳鈷雙金屬氫氧化物納米片，直接用來做電極，以NaOH溶液作為電解質，做電化學性質測試。
[0065]取1mL 0.1M NaOH溶液作為電解質溶液放入電解槽中，將實施例1中制備的電極作為工作電極，連接好三電極體系，打開電化學工作站。設定好相關參數，在掃速為5mV S-1時測循環伏安曲線(圖5中曲線I)，而后在掃速為1mV s—1時測循環伏安曲線(圖5中曲線2)，依次類推得到掃速為20mV s—1 (圖5中曲線3) ,50mVs^ (圖5中曲線4)、70mV s—1 (圖5中曲線5)、10mV s—1 (圖5中曲線6)，從得到的CV圖可以看出，隨著掃速的增加電勢呈線性關系。
[0066]取1mL 0.1M NaOH溶液作為電解質溶液放入電解槽中，將實施例1中制備的電極作為工作電極，連接好三電極體系，打開電化學工作站。設定好相關參數，在IA g—1時得到充放電曲線(圖6中曲線1)，在2A g_1時得到充放電曲線(圖6中曲線2)，在5A g_1時得到充放電曲線(圖6中曲線3)，在1A g—1時得到充放電曲線(圖6中曲線4)，在20A g—1時得到充放電曲線(圖6中曲線5)，從充放電曲線可以得出多孔鎳鈷雙金屬氫氧化物納米片材料作為電極相比其它材料容量大，通過計算在電流密度為IA g—1時，最大的具體電容為2184F g'
【權利要求】
1.一種多孔鎳鈷雙金屬氫氧化物納米片，其特征在于，以金屬鎳片為基底，鎳鈷雙金屬氫氧化物垂直有序生長在鎳片上。
2.—種權利要求1所述的多孔鎳鈷雙金屬氫氧化物納米片的制備方法，包括以下步驟: a、鎳片的清洗處理工序: 先用砂紙打磨，再依次用IM鹽酸、丙酮、乙醇、二次蒸餾水進行超聲清洗，超聲清洗時間為 10-20min ； b、多孔鎳鈷雙金屬氫氧化物納米片制備工序: 將二次蒸餾水、二價鎳鹽和二價鈷鹽混合均勻，得到混合液，再逐滴加入氫氧化鈉溶液，不斷攪拌使其均勻混合后，倒入反應釜中，將清洗后表面潔凈的鎳片浸入，將反應釜密閉，反應，冷卻至室溫，用蒸餾水、無水乙醇清洗，室溫干燥，即得到多孔鎳鈷雙金屬氫氧化物納米片。
3.根據權利要求2所述的制備方法，其特征在于，步驟b中，將二次蒸餾水、六水合氯化鎳和六水合氯化鈷混合均勻，得到的混合液中，二價鎳鹽溶液的濃度為0.1M。
4.根據權利要求2所述的制備方法，其特征在于，步驟b中，將二次蒸餾水、二價鎳鹽和二價鈷鹽混合均勻，得到的混合液中，二價鈷鹽溶液的濃度為0.1M-1M。
5.根據權利要求3或4所述的制備方法，其特征在于，步驟b中，所述反應為在60-100°C下反應 4-12h。
6.根據權利要求2或3所述的制備方法，其特征在于，步驟b中，加入的氫氧化鈉溶液溶度為 0.4M-2.2M。
7.根據權利要求6所述的制備方法，其特征在于，步驟b中，加入的氫氧化鈉溶液的體積與所述二次蒸餾水的體積比為1:1。
8.—種權利要求1所述的多孔鎳鈷雙金屬氫氧化物納米片的應用，其特征在于，作為超級電容器的電極材料的應用。
【文檔編號】H01G11/30GK104361998SQ201410626014
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年11月8日 優先權日:2014年11月8日
【發明者】張小俊, 鄭曉婷 申請人:安徽師范大學