一種氧化鎳納米片的制備方法及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于無(wú)機(jī)先進(jìn)材料技術(shù)領(lǐng)域和電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種氧化鎳納米片的制備方法及其應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]由于具有較大電容量、功率密度、能量密度和長(zhǎng)壽命等特點(diǎn)，近年來(lái)超級(jí)電容器的研究備受人們關(guān)注(Nanoscale，2013,5(10): 4378-4387)，有望成為21世紀(jì)新型的綠色能源。眾所周知，電極材料的更新對(duì)超級(jí)電容器的性能具有舉足輕重的作用。傳統(tǒng)的高比表面活性炭材料作為電極是用來(lái)增加電容器的雙電層電容。然而，中間有十幾年由于電極材料一直沿用炭材料，使得超級(jí)電容器的發(fā)展一度處于停滯狀態(tài)。上個(gè)世紀(jì)末，伴隨著納米技術(shù)的迅速發(fā)展，人們逐漸加深了對(duì)具有高表面積的炭材料的孔徑的重要性的認(rèn)識(shí)，同時(shí)，對(duì)具有“法拉第準(zhǔn)電容(或氧化還原電容)”行為的過(guò)渡金屬氧化物的開(kāi)發(fā)利用，大大促進(jìn)了超級(jí)電容器的發(fā)展，大多數(shù)金屬氧化物作為電極時(shí)的儲(chǔ)電機(jī)制屬于氧化還原界面儲(chǔ)電。鑒于目前超級(jí)電容器研究中炭基材料的比電容較小和釕基材料的價(jià)格昂貴等缺陷，人們嘗試合成價(jià)格便宜、性能優(yōu)良的替代性氧化物電極材料(如氧化鎳、氧化鈷、氧化錳等)。在這些替代材料中，因?yàn)檠趸嚲邆鋬?yōu)良的電化性能和相對(duì)低廉的價(jià)格等優(yōu)點(diǎn)，近期在超級(jí)電容器領(lǐng)域引起了廣泛研究和關(guān)注。文獻(xiàn)表明:氧化還原電容的儲(chǔ)能主要通過(guò)在電極材料(如金屬氧化物)表面或近表面的氧化還原反應(yīng)(Electrochim.Acta, 2005, 50, 5641 - 5646)。根據(jù)這一儲(chǔ)能機(jī)理可知，制備納米材料是增大金屬氧化物法拉第準(zhǔn)電容的有效方法之一。通過(guò)改變金屬氧化物納米材料的形貌，增大材料的比表面積、提高材料的孔結(jié)構(gòu)等方面，所制備的金屬氧化物納米材料都表現(xiàn)出優(yōu)良的電化學(xué)性能。
[0003]目前，制備氧化鎳納米片主要采用的方法為:模板法、輻射合成法、微乳液法、化學(xué)氣相反應(yīng)法和水熱法等。值得注意的是，溶液法和水熱法是制備氧化鎳納米片的好方法，但其大多制備過(guò)程需要調(diào)pH值，并且產(chǎn)量較低，難以大規(guī)模推廣(J.Mater.Chem.，2011，21，18792-18798 ;《安徽大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版))),2013年03期)。以鎳鹽為原料的模板法因其原料價(jià)格較貴，步驟較多，不太適合工業(yè)化生產(chǎn)(J.Mater.Chem.，2011，21，6602-6606)。此外，化學(xué)氣相反應(yīng)法和輻射合成法因其制備需要的設(shè)備特殊，增加了生產(chǎn)成本。目前，從簡(jiǎn)化操作與節(jié)省能源角度考慮，金屬-有機(jī)化合物熱分解法逐漸成為合成納米氧化物的主要研究方法(J.Phys.Chem.C，2012，116，7227-7235)，該方法制備的產(chǎn)物具有結(jié)構(gòu)均一、無(wú)團(tuán)聚、相對(duì)面積較大、孔道豐富等特點(diǎn)被許多工作者廣泛關(guān)注。迄今為止，利用金屬-有機(jī)化合物熱分解法制備具有二維、多孔、納米片狀結(jié)構(gòu)的氧化鎳材料及其相關(guān)應(yīng)用的報(bào)道還尚未報(bào)道。因此，發(fā)展出一種操作簡(jiǎn)單，效率高、成本低、環(huán)境友好的制備方法，獲得結(jié)構(gòu)均一、孔道豐富、表面積高、可控性強(qiáng)等特點(diǎn)的氧化鎳納米片材料，具有十分重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種制備成本較低，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化，實(shí)施有效、可行的，介觀結(jié)構(gòu)保持完好的氧化鎳納米片的制備方法及其應(yīng)用。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是:本發(fā)明的氧化鎳納米片的制備方法，包括以下步驟:
[0006]a、將可溶性鎳鹽、檸檬酸鈉按比例加入到水中混合后充分?jǐn)嚢?，得到均一溶液?br>[0007]b、將可溶性四氰合鎳(II )酸鉀加入到水中混合后充分?jǐn)嚢?，得到均一溶液?br>[0008]c、將步驟a得到的溶液加入到步驟b中的溶液，然后于靜置，得到生長(zhǎng)有淡綠色沉淀；
[0009]d、然后將步驟c中得到的淡綠色沉淀離心收集，用去離子水和乙醇充分洗滌，所得產(chǎn)物置于真空干燥箱中保溫干燥，隨后在不同溫度下進(jìn)行熱處理，焙燒，既得到淡綠色氧化鎳納米片粉體。
[0010]進(jìn)一步，所述步驟a中的所述可溶性鎳鹽、檸檬酸鈉的摩爾比為1: 2，所述步驟a中水的量為200mL。
[0011]進(jìn)一步，所述步驟b中水的量為200mL。
[0012]進(jìn)一步，所述步驟a中可溶性鎳鹽為氯化鎳、醋酸鎳、硝酸鎳或硫酸鎳。
[0013]進(jìn)一步，所述步驟c中的靜置時(shí)間為0.5?24h，所述步驟c中的靜置溫度為20?80。。。
[0014]進(jìn)一步，所述步驟d中真空干燥箱中保溫干燥處理是在0?80°C的溫度環(huán)境中進(jìn)行的，時(shí)長(zhǎng)為12小時(shí)。
[0015]進(jìn)一步，所述步驟d中熱處理優(yōu)選在300?350°C的溫度環(huán)境中進(jìn)行，速率升溫為
0.5?2°C /min,且時(shí)間優(yōu)選為0.5?1.5h。
[0016]所述氧化鎳納米片，用于電化學(xué)儲(chǔ)能領(lǐng)域，尤其是可用作超級(jí)電容器電極材料。
[0017]所述氧化鎳納米片由無(wú)數(shù)個(gè)納米顆粒單體組成，所述納米顆粒為氧化鎳，所述納米片為二維多孔六邊形或五邊形，所述納米片單元的尺寸約為250?300nm，厚度約為27nm0
[0018]本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是:本發(fā)明所述方法制備工藝簡(jiǎn)單、操作方便、沒(méi)有環(huán)境污染、低能耗、重復(fù)性好、適合進(jìn)行大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，通過(guò)本發(fā)明所述方法獲得的氧化鎳納米片具有較大的比表面積，用于構(gòu)筑超級(jí)電容器電極具有良好的比容量和循環(huán)性能等優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1為實(shí)施例1和2中樣品的X射線衍射光譜圖；
[0020]圖2為實(shí)施例1中樣品的低倍掃描電鏡圖；
[0021]圖3為實(shí)施例2中樣品的高倍透射電鏡圖；
[0022]圖4為實(shí)施例1中樣品的比表面積測(cè)量曲線；
[0023]圖5為實(shí)施例3中樣品的低倍掃描電鏡圖；
[0024]圖6為實(shí)施例1中樣品制備所得電極在不同掃速下的循環(huán)伏安圖；
[0025]圖7為實(shí)施例1中樣品制備所得電極的循環(huán)穩(wěn)定性圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)說(shuō)明。
[0027]實(shí)施例1
[0028]制備氧化鎳納米片:
[0029]a、將六水合氯化鎳、檸檬酸鈉按摩爾比例1: 2加入到200mL水中混合后充分?jǐn)嚢?min，得到均一溶液，
[0030]b、將可溶性四氰合鎳(II )酸鉀加入到200mL水中混合后充分?jǐn)嚢?min，得到均一溶液，
[0031 ] c、將步驟a得到的溶液加入到步驟b中的溶液，然后于溫度20°C靜置24h，得到生長(zhǎng)有淡綠色沉淀；
[0032]d、然后將步驟c中得到的淡綠色沉淀離心、洗滌后，收集并于溫度50°C烘干12h，最后在30(TC焙燒，升溫速率為1°C /min，焙燒lh，既得到淡綠色氧化鎳納米片粉體。
[0033]如圖1所示，將實(shí)施例1得到的氧化鎳納米片用X射線粉末衍射儀表征，結(jié)果顯示樣品峰與氧化鎳的標(biāo)準(zhǔn)譜圖相吻合(JCPDS file n0.4-835，space group:Fm3m)，這說(shuō)明實(shí)驗(yàn)成功制備了氧化鎳納米片；圖2是實(shí)施例1的低倍掃描電鏡圖結(jié)果顯示樣品為多孔氧化鎳納米片。
[0034]如圖4所示，根據(jù)測(cè)量曲線計(jì)算，實(shí)施例1所得氧化鎳納米片的比表面積為118.2m2/g0
[0035]氧化鎳納米片電化學(xué)性能測(cè)試:
[0036]將本發(fā)明實(shí)施例1中所得氧化鎳納米片材料與乙炔黑及PVDF按質(zhì)量比75:15:10混合，再滴加少許N-甲基吡咯烷酮(NMP)使其混和均勾，在15MPa的壓力下將其壓在處理過(guò)的泡沫鎳上制成工作電極，電極面積為約為1cm2，厚度約0.2mm。電化學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置采用三電極體系，分別以飽和甘萊電極為參比電極，鉑電極(lcmX lcm)為對(duì)電極，1MK0H溶液為支持電解質(zhì)，以CHI760D電化學(xué)工作站分別進(jìn)行循環(huán)伏安和充放電等電化學(xué)測(cè)試。
[0037]圖6為實(shí)施例1所獲得產(chǎn)物在1MΚ0Η溶液中的不同掃描速率下循環(huán)伏安曲線。由圖可見(jiàn)，材料的循環(huán)伏安曲線明顯區(qū)別與典型的雙電層電容器的接近矩形的形狀，這表明該材料的電