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)明屬于無機先進材料技術(shù)領(lǐng)域和電化學儲能技術(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、能量密度和長壽命等特點，近年來超級電容器的研究備受人們關(guān)注(Nanoscale，2013,5(10): 4378-4387)，有望成為21世紀新型的綠色能源。眾所周知，電極材料的更新對超級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，使得超級電容器的發(fā)展一度處于停滯狀態(tài)。上個世紀末，伴隨著納米技術(shù)的迅速發(fā)展，人們逐漸加深了對具有高表面積的炭材料的孔徑的重要性的認識，同時，對具有“法拉第準電容(或氧化還原電容)”行為的過渡金屬氧化物的開發(fā)利用，大大促進了超級電容器的發(fā)展，大多數(shù)金屬氧化物作為電極時的儲電機制屬于氧化還原界面儲電。鑒于目前超級電容器研究中炭基材料的比電容較小和釕基材料的價格昂貴等缺陷，人們嘗試合成價格便宜、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，因為氧化鎳具備優(yōu)良的電化性能和相對低廉的價格等優(yōu)點，近期在超級電容器領(lǐng)域引起了廣泛研究和關(guān)注。文獻表明:氧化還原電容的儲能主要通過在電極材料(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)這一儲能機理可知，制備納米材料是增大金屬氧化物法拉第準電容的有效方法之一。通過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 ;《安徽大學學報(自然科學版))),2013年03期)。以鎳鹽為原料的模板法因其原料價格較貴，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，從簡化操作與節(jié)省能源角度考慮，金屬-有機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、無團聚、相對面積較大、孔道豐富等特點被許多工作者廣泛關(guān)注。迄今為止，利用金屬-有機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)用的報道還尚未報道。因此，發(fā)展出一種操作簡單，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、可控性強等特點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，易于實現(xiàn)工業(yè)化，實施有效、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攪拌，得到均一溶液，
[0007]b、將可溶性四氰合鎳(II )酸鉀加入到水中混合后充分攪拌，得到均一溶液，
[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行熱處理，焙燒，既得到淡綠色氧化鎳納米片粉體。
[0010]進一步，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]進一步，所述步驟b中水的量為200mL。
[0012]進一步，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]進一步，所述步驟c中的靜置時間為0.5?24h，所述步驟c中的靜置溫度為20?80。。。
[0014]進一步，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)境中進行的，時長為12小時。
[0015]進一步，所述步驟d中熱處理優(yōu)選在300?350°C的溫度環(huán)境中進行，速率升溫為
0.5?2°C /min,且時間優(yōu)選為0.5?1.5h。
[0016]所述氧化鎳納米片，用于電化學儲能領(lǐng)域，尤其是可用作超級電容器電極材料。
[0017]所述氧化鎳納米片由無數(shù)個納米顆粒單體組成，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)點和積極效果是:本發(fā)明所述方法制備工藝簡單、操作方便、沒有環(huán)境污染、低能耗、重復性好、適合進行大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，通過本發(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)筑超級電容器電極具有良好的比容量和循環(huán)性能等優(yōu)點。
【附圖說明】
[0019]圖1為實施例1和2中樣品的X射線衍射光譜圖；
[0020]圖2為實施例1中樣品的低倍掃描電鏡圖；
[0021]圖3為實施例2中樣品的高倍透射電鏡圖；
[0022]圖4為實施例1中樣品的比表面積測量曲線；
[0023]圖5為實施例3中樣品的低倍掃描電鏡圖；
[0024]圖6為實施例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為實施例1中樣品制備所得電極的循環(huán)穩(wěn)定性圖。
【具體實施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做詳細說明。
[0027]實施例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水中混合后充分攪拌2min，得到均一溶液，
[0030]b、將可溶性四氰合鎳(II )酸鉀加入到200mL水中混合后充分攪拌2min，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準譜圖相吻合(JCPDS file n0.4-835，space group:Fm3m)，這說明實驗成功制備了氧化鎳納米片；圖2是實施例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)測量曲線計算，實施例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性能測試:
[0036]將本發(fā)明實施例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。電化學實驗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)為對電極，1MK0H溶液為支持電解質(zhì)，以CHI760D電化學工作站分別進行循環(huán)伏安和充放電等電化學測試。
[0037]圖6為實施例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，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