本發(fā)明屬于材料合成和電化學(xué)領(lǐng)域，具體涉及一種楊梅狀鈷酸鎳納米材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

鈷酸鎳作為一種有前景的電極材料，在超級(jí)電容器的應(yīng)用中得到了廣泛的研究。鈷酸鎳是一種典型的尖晶石型混合價(jià)態(tài)金屬?gòu)?fù)合氧化物，相比于單一的氧化鎳和四氧化三鈷，鈷酸鎳本身具有較好的導(dǎo)電性。其中，鎳離子占據(jù)八面體位置，鈷離子既占有八面體位置又占據(jù)四面體位置。固態(tài)氧化還原對(duì)Co²⁺/Co³⁺和Ni²⁺/Ni³⁺在結(jié)構(gòu)中的出現(xiàn)為贗電容的產(chǎn)生提供了兩個(gè)活性中心。盡管這些材料已經(jīng)得到了廣泛的研究，但是在傳統(tǒng)電極制備方法中粘結(jié)劑的添加，阻礙了電子的快速傳遞，這些因素使得活性材料的電容與理論電容值相去甚遠(yuǎn)。并且現(xiàn)有方法制得的鈷酸鎳材料比表面積較小，不足以用于超級(jí)電容器。

鈷酸鎳在其不同納米結(jié)構(gòu)下表現(xiàn)的電化學(xué)性能不同，通過(guò)調(diào)控水熱條件和熱處理?xiàng)l件，構(gòu)建一種具有三維結(jié)構(gòu)的納米材料具有重要意義。因此本發(fā)明在一定的實(shí)驗(yàn)條件下，制備出具有楊梅狀的鈷酸鎳納米材料以滿足人們對(duì)超級(jí)電容器的要求就顯得極為迫切。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種楊梅狀鈷酸鎳納米材料的制備方法及其電化學(xué)應(yīng)用。鈷酸鎳納米材料可以通過(guò)簡(jiǎn)單的水熱法和后續(xù)熱處理獲得，而水熱溫度和時(shí)間影響前驅(qū)體的晶體結(jié)構(gòu)，熱處理溫度和時(shí)間影響二次重結(jié)晶的晶型結(jié)構(gòu)，從而影響其比表面積的大小，進(jìn)而影響其作為電極材料的電化學(xué)性能。因此本發(fā)明通過(guò)調(diào)控水熱條件和熱處理?xiàng)l件，構(gòu)建一種具有較高比表面積的納米結(jié)構(gòu)，以得到一種具有較大比電容的電極材料。

為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，采用如下技術(shù)方案：

一種楊梅狀鈷酸鎳納米材料的制備方法，其特征在于：包括以下步驟：

（1）反應(yīng)溶液的制備：將氯化鎳、氯化鈷和尿素溶解在去離子水中，超聲分散形成反應(yīng)溶液；

（2）固相前驅(qū)體的制備：將步驟（1）中所制得的反應(yīng)溶液轉(zhuǎn)移至高壓反應(yīng)釜中，在90-110℃下反應(yīng)9-15h；充分反應(yīng)后冷卻至室溫，對(duì)反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行沖洗，真空干燥得到固相前驅(qū)體；

（3）后續(xù)熱處理：將固相前驅(qū)體在氬氣保護(hù)氣氛中300-400℃煅燒3h，升溫速率為2℃/min；然后，在空氣氣氛中300-400℃煅燒3h，升溫速率為2℃/min，所得產(chǎn)物即為楊梅狀鈷酸鎳納米材料。

步驟（1）中氯化鎳、氯化鈷和尿素的摩爾量之比為：1:2:6。

步驟（2）中所述的真空干燥為：在60℃下真空干燥24h。

步驟（3）所制得的楊梅狀鈷酸鎳納米材料具有納米微球結(jié)構(gòu)，微球尺寸為直徑8μm-12μm。

本發(fā)明所制得的楊梅狀鈷酸鎳納米材料具有三維結(jié)構(gòu)，表面生長(zhǎng)整齊排列的納米棒，使其具有較大比表面積，有利于電子和離子在電極與電解液的界面上快速傳輸。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

通過(guò)調(diào)控水熱條件和熱處理?xiàng)l件，構(gòu)建具有納米微球結(jié)構(gòu)的鈷酸鎳，微球表面的納米針具有多孔結(jié)構(gòu)，十分有利于電解質(zhì)離子的滲透，同時(shí)，多孔結(jié)構(gòu)使其具有較大的比表面積，活性位點(diǎn)增多，使其展現(xiàn)出優(yōu)秀的電化學(xué)性能。通過(guò)電化學(xué)測(cè)試表明，其在1A/g的電流密度下比電容達(dá)到2512F/g。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的實(shí)施例1制備的楊梅狀鈷酸鎳納米材料的SEM圖和其在1A/g下的電化學(xué)充放電曲線圖；

圖2為本發(fā)明的實(shí)施例2制備的楊梅狀鈷酸鎳納米材料的SEM圖和其在1A/g下的電化學(xué)充放電曲線圖；

圖3為本發(fā)明的實(shí)施例3制備的楊梅狀鈷酸鎳納米材料的SEM圖和其在1A/g下的電化學(xué)充放電曲線圖。

具體實(shí)施方式

為進(jìn)一步公開(kāi)而不是限制本發(fā)明，以下結(jié)合實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。

實(shí)施例1

一種楊梅狀鈷酸鎳納米材料的制備方法，包括以下步驟：

（1）反應(yīng)溶液的制備

將1mmol氯化鎳、2mmol氯化鈷與6mmol尿素溶解在70mL的去離子水中，攪拌并超聲30min后形成粉色混合溶液；

（2）固相前驅(qū)體的制備

采用無(wú)基板水熱法，將（1）中所制得溶液轉(zhuǎn)移至100mL聚四氟乙烯內(nèi)膽中，進(jìn)行高溫高壓水熱反應(yīng)，反應(yīng)溫度控制在90℃，反應(yīng)時(shí)間控制在15h；充分反應(yīng)后冷卻至室溫，用蒸餾水和乙醇對(duì)反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行沖洗，在60℃下真空干燥24h后得到固相前驅(qū)體；

（3）后續(xù)熱處理

采用兩步煅燒對(duì)前驅(qū)體進(jìn)行熱處理；首先，在氬氣保護(hù)氣氛中煅燒3h，反應(yīng)溫度控制在350℃；其次，在空氣氣氛中煅燒3h，反應(yīng)溫度控制在350℃；

所得產(chǎn)物即為楊梅狀鈷酸鎳納米材料。通過(guò)掃描電鏡圖可以看出，獲得的鈷酸鎳納米微球，表面生長(zhǎng)球狀微粒，比表面積較小。電化學(xué)測(cè)試表明，其在1A/g的電流密度下比電容達(dá)到1912F/g。

實(shí)施例2

一種楊梅狀鈷酸鎳納米材料的制備方法，包括以下步驟：

（1）反應(yīng)溶液的制備

將1mmol氯化鎳、2mmol氯化鈷與6mmol尿素溶解在70mL的去離子水中，攪拌并超聲30min后形成粉色混合溶液；

（2）固相前驅(qū)體的制備

采用無(wú)基板水熱法，將（1）中所制得溶液轉(zhuǎn)移至100mL聚四氟乙烯內(nèi)膽中，進(jìn)行高溫高壓水熱反應(yīng)，反應(yīng)溫度控制在100℃，反應(yīng)時(shí)間控制12h；充分反應(yīng)后冷卻至室溫，用蒸餾水和乙醇對(duì)反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行沖洗，在60℃下真空干燥24h后得到固相前驅(qū)體；

（3）后續(xù)熱處理

采用兩步煅燒對(duì)前驅(qū)體進(jìn)行熱處理；首先，在氬氣保護(hù)氣氛中煅燒3h，反應(yīng)溫度控制在350℃；其次，在空氣氣氛中煅燒3h，反應(yīng)溫度控制在300℃；

所得產(chǎn)物即為楊梅狀鈷酸鎳納米材料，通過(guò)掃描電鏡圖可以看出，獲得的鈷酸鎳納米微球，表面生長(zhǎng)整齊排列的納米棒，使其具有較大比表面積；通過(guò)電化學(xué)測(cè)試表明，其在1A/g的電流密度下比電容達(dá)到2512F/g。

實(shí)施例3

一種楊梅狀鈷酸鎳納米材料的制備方法，包括以下步驟：

（1）反應(yīng)溶液的制備

將1mmol氯化鎳、2mmol氯化鈷與6mmol尿素溶解在70mL的去離子水中，攪拌并超聲30min后形成粉色混合溶液；

（2）固相前驅(qū)體的制備

采用無(wú)基板水熱法，將（1）中所制得溶液轉(zhuǎn)移至100mL聚四氟乙烯內(nèi)膽中，進(jìn)行高溫高壓水熱反應(yīng)，反應(yīng)溫度控制在110℃，反應(yīng)時(shí)間控制9h；充分反應(yīng)后冷卻至室溫，用蒸餾水和乙醇對(duì)反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行沖洗，在60℃下真空干燥24h后得到固相前驅(qū)體；

（3）后續(xù)熱處理

采用兩步煅燒對(duì)前驅(qū)體進(jìn)行熱處理；首先，在氬氣保護(hù)氣氛中煅燒3h，反應(yīng)溫度控制在400℃；其次，在空氣氣氛中煅燒3h，反應(yīng)溫度控制在300℃；

所得產(chǎn)物即為楊梅狀鈷酸鎳納米材料，通過(guò)掃描電鏡圖可以看出，獲得的鈷酸鎳納米微球，表面生長(zhǎng)的納米棒呈絨毛狀，使其比表面積較低；通過(guò)電化學(xué)測(cè)試表明，其在1A/g的電流密度下比電容達(dá)到2145F/g。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明申請(qǐng)專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。