本發(fā)明屬于無機晶體材料制備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種nico2o4六方柱晶體及其制備方法。

背景技術(shù)：

雙金屬氧化物nico2o4具有尖晶石晶體結(jié)構(gòu)，由于其獨特的結(jié)構(gòu)特征，在磁性材料、傳感器、電化學(xué)儲能、光電催化等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。nico2o4的形貌結(jié)構(gòu)與其性能有著直接緊密的聯(lián)系，如具有分級多孔結(jié)構(gòu)的nico2o4作為超級電容器電極材料時，可使電子和離子傳輸路徑變短，接觸位點更多，從而可有效提高電化學(xué)活性。因此，對nico2o4實現(xiàn)特定形貌的可控制備具有非常重要的應(yīng)用價值。

目前，已報道的nico2o4的形貌非常豐富，有納米線、納米花、納米棒、納米管、納米片和納米針等形貌。制備方法也層出不窮，如共沉淀法、噴霧熱解法、溶膠凝膠法、電沉積法、靜電紡絲法、模板法等。福州大學(xué)鄭玉嬰等人(中國專利，公開號cn106315695a)發(fā)明了一種楊梅狀鈷酸鎳納米材料及其制備方法，該方法是利用水熱法制備得到了楊梅狀鈷酸鎳納米微球，表面生長整齊排列的納米棒，具有較大比表面積，可應(yīng)用于超級電容器電極材料。但水熱法對設(shè)備材質(zhì)要求高，反應(yīng)溫度相對較高，反應(yīng)時間長(9-15h)，且需進行真空干燥，在實際生產(chǎn)中有一定的局限性。中國專利cn106315695a公開了一種多孔鈷酸鎳材料的溶膠凝膠制備方法，該專利利用溶膠凝膠法結(jié)合后續(xù)煅燒工藝制備得到多孔鈷酸鎳，孔徑分布均勻且尺寸小于200nm。但該法同樣存在反應(yīng)時間過長(12-16h)，反應(yīng)溫度高的問題，而且需要粉碎過篩，工藝繁瑣。徐開兵(中國專利，公開號cn106067388a)發(fā)明了鈷酸鎳納米材料及其復(fù)合電極材料的制備方法，該方法采用高壓靜電紡絲技術(shù)實現(xiàn)了鈷酸鎳納米線和納米管的可控制備，但也存在設(shè)備昂貴復(fù)雜，能耗較高，且需額外引入高分子聚合物等不足。chen等人(chenj,ruq,moy,etal.designandsynthesisofhollownico2o4nanoboxesasanodesforlithium-ionandsodium-ionbatteries.[j].physicalchemistrychemicalphysics,2016,18(28):18949.)以zif-67作為模板劑結(jié)合隨后的退火處理制備得到中空多孔nico2o4納米箱，當其被用作鋰離子電池負極材料時，表現(xiàn)出較高的儲鋰性能。但上述研究中nico2o4前軀體的合成有兩個階段，即zif-67晶體的合成與nico2o4納米箱的制備，工藝復(fù)雜，且原料中甲醇毒性較大，在實際應(yīng)用中局限很大。

現(xiàn)有技術(shù)中所制備的nico2o4絕大多數(shù)具有納米級尺寸，并未發(fā)現(xiàn)微米級nico2o4規(guī)則六方柱晶體的相關(guān)報道，且制備方法也沒有涉及旋蒸技術(shù)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種nico2o4六方柱晶體及其制備方法，采用旋蒸法制備nico2o4六方柱晶體，制備出的nico2o4六方柱晶體具有微米級尺寸，且形貌均一、尺寸規(guī)整、結(jié)晶度較高，具有原料廉價易得、制備工藝簡單、重復(fù)性強、成本較低、對環(huán)境危害小的特點。

為了達到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：

一種nico2o4六方柱晶體，所述nico2o4為六方柱狀規(guī)則晶體，晶體尺寸為0.5-2μm。

一種nico2o4六方柱晶體的制備方法，步驟如下：

步驟1：按照摩爾比1:(1.6-2.4)稱取ni(no3)2·6h2o和co(no3)2·6h2o，將ni(no3)2·6h2o溶于去離子水中配制成溶液，再將co(no3)2·6h2o溶于溶液中，得到溶液a；

步驟2：按照強堿與ni(no3)2·6h2o摩爾比為(100-300):1稱取強堿，溶于去離子水中配置成溶液b；

步驟3：將溶液b迅速轉(zhuǎn)移進入溶液a中，在600-1500r/min轉(zhuǎn)速下攪拌2-20min，得到混合溶液；

步驟4：將混合溶液轉(zhuǎn)移進入旋蒸容器中并固定于旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀上，抽真空條件下在50-90℃下進行旋蒸，旋蒸時間0.5-3h，得到前驅(qū)體；

步驟5：將前驅(qū)體取出，離心固液分離，水洗至洗出液ph為7，再醇洗；

步驟6；將醇洗后的前驅(qū)體放入恒溫干燥箱中進行干燥；

步驟7：將干燥后的前驅(qū)體取出研磨至粒度為100-300目，200-400℃下煅燒2-6h，即得到六方柱狀nico2o4晶體。

所述步驟2強堿采用naoh。

所述步驟4的旋蒸容器采用茄形燒瓶。

所述步驟5醇洗采用無水乙醇，醇洗次數(shù)為2-5次。

所述步驟6干燥溫度為40-120℃，干燥時間為10-24h。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果為：

所制備的nico2o4晶體為六方柱狀，形貌均一、尺寸規(guī)整，晶體尺寸在0.5-2μm之間，結(jié)晶度較高。

本發(fā)明采用廉價易得的常規(guī)原料ni(no3)2·6h2o和co(no3)2·6h2o，對環(huán)境危害?。凰捎玫男舴üに嚭唵?，抽真空條件下在50-90℃下進行旋蒸，旋蒸時間0.5-3h，反應(yīng)溫度低、時間短、制備周期短，成本較低，并可通過旋蒸參數(shù)的調(diào)整對nico2o4六方柱晶體進行不同尺寸的可控制備，如：控制抽真空條件下，溫度80℃，旋蒸時間0.5h，可制備出粒徑約為0.75-0.9μm規(guī)則尺寸的nico2o4六方柱晶體。本發(fā)明可重復(fù)操作性強，所制備的產(chǎn)品穩(wěn)定性好，在催化、能源等領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景，如將nico2o4六方柱晶體制成超級電容器電極材料，比電容可達568f/g，具有較高的比電容和良好的電化學(xué)穩(wěn)定性，是一種理想的超級電容器電極材料。

附圖說明

圖1為本發(fā)明中旋蒸法制備產(chǎn)物的xrd圖譜。

圖2為旋蒸法制備產(chǎn)物nico2o4的sem照片。

圖3為旋蒸法制備產(chǎn)物nico2o4的tem照片。

圖4(a)為nico2o4六方柱的sem照片；(b)為nico2o4六方柱的eds圖譜。

圖5為nico2o4六方柱晶體在不同掃速下的循環(huán)伏安曲線。

圖6(a)為nico2o4六方柱晶體在不同電流密度下的充放電曲線(a)；圖6(b)為nico2o4六方柱晶體在不同電流密度下的比電容值。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做進一步詳細說明。

實施例一：

步驟1：按照摩爾比1:2稱取ni(no3)2·6h2o和co(no3)2·6h2o，將ni(no3)2·6h2o溶于去離子水中配制成溶液，再將co(no3)2·6h2o溶于溶液中，得到溶液a。

步驟2：按照naoh與ni(no3)2·6h2o摩爾比為200:1稱取naoh，溶于去離子水中配置成溶液b。

步驟3：將溶液b迅速轉(zhuǎn)移進入溶液a中，1200r/min轉(zhuǎn)速下攪拌5min，得到混合溶液。

步驟4：將混合溶液轉(zhuǎn)移進入茄形燒瓶中并固定于旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀上，抽真空條件下在80℃下進行旋蒸，旋蒸時間0.5h，得到前驅(qū)體。

步驟5：將前驅(qū)體取出，離心分離，水洗至洗出液ph為7，再采用無水乙醇進行醇洗3次。

步驟6；將醇洗后的前驅(qū)體放入恒溫干燥箱中，60℃干燥24h；

步驟7：將干燥后的前驅(qū)體取出研磨至粒度為100目，300℃下煅燒5h，即得到六方柱狀nico2o4晶體。

參見圖1，可以看出所有衍射峰均與純相nico2o4的標準譜(jcpdsno.20-0781)相吻合，無其他雜相生成，證明所得產(chǎn)物為結(jié)晶良好的nico2o4。

參見圖2，可以明顯觀察到，所得nico2o4為六方柱狀規(guī)則晶體，尺寸約為0.85μm，發(fā)育良好。

參見圖3，可以明顯觀察到，所得nico2o4為規(guī)則六方柱晶體，發(fā)育良好，與圖2所示形貌完全一致。

參見圖4，本發(fā)明采用旋蒸法制備產(chǎn)物的eds圖譜，ni、co、o的原子比近似等于1:2:4，符合nico2o4的化學(xué)組成。

本發(fā)明所制備的nico2o4六方柱晶體在催化、能源等領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。如將nico2o4六方柱晶體制成超級電容器電極材料，進行循環(huán)伏安及恒流充放電測試，1a/g電流密度下比電容可達568f/g，具有較大的比電容值。且大掃速下循環(huán)伏安曲線未出現(xiàn)明顯的扭曲，產(chǎn)品表現(xiàn)出良好的倍率性能及電化學(xué)穩(wěn)定性，是一種理想的超級電容器電極材料。

參見圖5，可以看出，當掃描速率從5mv/s依次增大至100mv/s，循環(huán)伏安曲線形狀保持完好，未出現(xiàn)明顯的扭曲，證明該發(fā)明產(chǎn)物具有良好的倍率性能及電化學(xué)穩(wěn)定性。

參見圖6，充放電曲線表現(xiàn)為典型的贗電容超級電容器電極材料的形狀特征，具有明顯的充放電平臺，且充放電曲線對稱，表明本發(fā)明中旋蒸法制備產(chǎn)物具有出色的電化學(xué)可逆性。同時可觀察到，1a/g電流密度下比電容可達568f/g，具有較大的比電容值，16a/g大電流密度下比電容依然高達403f/g，具有優(yōu)異的倍率性能。

實施例二：

步驟1：按照摩爾比1:1.6稱取ni(no3)2·6h2o和co(no3)2·6h2o，將ni(no3)2·6h2o溶于去離子水中配制成溶液，再將co(no3)2·6h2o溶于溶液中，得到溶液a。

步驟2：按照naoh與ni(no3)2·6h2o摩爾比為300:1稱取naoh，溶于去離子水中配置成溶液b。

步驟3：將溶液b迅速轉(zhuǎn)移進入溶液a中，600r/min轉(zhuǎn)速下攪拌20min，得到混合溶液。

步驟4：將混合溶液轉(zhuǎn)移進入茄形燒瓶中并固定于旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀上，抽真空條件下在50℃下進行旋蒸，旋蒸時間3h，得到前驅(qū)體。

步驟5：將前驅(qū)體取出，離心分離，水洗至洗出液ph為7，再采用無水乙醇進行醇洗2次。

步驟6；將醇洗后的前驅(qū)體放入恒溫干燥箱中，120℃干燥18h；

步驟7：將干燥后的前驅(qū)體取出研磨至粒度為300目，200℃下煅燒6h，即得到六方柱狀nico2o4晶體。

實施例三：

步驟1：按照摩爾比1:2.4稱取ni(no3)2·6h2o和co(no3)2·6h2o，將ni(no3)2·6h2o溶于去離子水中配制成溶液，再將co(no3)2·6h2o溶于溶液中，得到溶液a。

步驟2：按照naoh與ni(no3)2·6h2o摩爾比為100:1稱取naoh，溶于去離子水中配置成溶液b。

步驟3：將溶液b迅速轉(zhuǎn)移進入溶液a中，1500r/min轉(zhuǎn)速下攪拌2min，得到混合溶液。

步驟4：將混合溶液轉(zhuǎn)移進入茄形燒瓶中并固定于旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀上，抽真空條件下在90℃下進行旋蒸，旋蒸時間1.5h，得到前驅(qū)體。

步驟5：將前驅(qū)體取出，離心分離，水洗至洗出液ph為7，再采用無水乙醇進行醇洗5次。

步驟6；將醇洗后的前驅(qū)體放入恒溫干燥箱中，40℃干燥10h；

步驟7：將干燥后的前驅(qū)體取出研磨至粒度為200目，400℃下煅燒2h，即得到六方柱狀nico2o4晶體。