本發(fā)明屬于材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種氫氧化鎳/碳納米管復(fù)合材料，及其制備方法和在電容器中的應(yīng)用。

背景技術(shù)：
近年來，隨著通訊、電子行業(yè)的蓬勃發(fā)展，各種家用電器、移動通信設(shè)備、便攜式電腦的普及，電子設(shè)備對二次電池的需求量猛增，使得二次電池在日常生活中占有越來越重要的地位。氫氧化鎳的電極及相關(guān)材料在燃料電池、電解和電合成裝置以及電化學(xué)電容器等方面有重要的應(yīng)用價值，而制備出高容量、高堆積密度和髙活性的氫氧化鎳是提高電池和電容性能的關(guān)鍵。納米氫氧化鎳顆粒徑度小、比表面積大，作為一種新型的電池材料能使電容在能量密度、高速率充放電性能及快速活化能力等方面得到顯著改善，其中，納米纖維狀氫氧化鎳具有獨特的一維結(jié)構(gòu)，特別是纖維在組裝成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)后，在實際應(yīng)用中可極大提高各方面的性能指標(biāo)，更加突顯出它的優(yōu)勢。傳統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)方法多得到片狀或球形的氫氧化鎳，目前僅見少量文獻報道關(guān)于納米纖維狀氫氧化鎳的合成，但其大多采用先化學(xué)沉淀再水熱反應(yīng)的方法，存在步驟繁瑣、操作復(fù)雜、反應(yīng)過程中不可控性強等缺點，而且合成原料采用硫酸鎳，因硫酸根吸附能力強，合成出的產(chǎn)物還存在雜質(zhì)多、純度低等缺點。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
有鑒于此，本發(fā)明的目的之一在于針對納米纖維狀氫氧化鎳現(xiàn)有合成方法存在的不足，同時改進氫氧化鎳的導(dǎo)電性，提供一種新的納米纖維狀三維氫氧化鎳/碳納米管復(fù)合材料的制備方法，具有制備步驟簡單，所得材料導(dǎo)電性良好等優(yōu)點；目的之二在于提供按照上述方法制得的材料在電容器中的應(yīng)用。經(jīng)研究，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：1.納米纖維狀三維氫氧化鎳/碳納米管復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：A.碳納米管的預(yù)處理：用濃硫酸和濃硝酸的混合酸處理多壁碳納米管，獲得酸化的碳納米管；B.泡沫鎳的預(yù)處理：將泡沫鎳用酸浸泡，再分別用水和有機溶劑洗滌除去泡沫鎳表面的氧化物以及油脂；C.納米纖維狀三維氫氧化鎳/碳納米管復(fù)合材料的制備：將步驟b預(yù)處理后的泡沫鎳放置在步驟a預(yù)處理后的碳納米管與氯化鎳以及尿素的混合水溶液中進行水熱反應(yīng)，反應(yīng)完畢后，冷卻，取出泡沫鎳，洗滌，干燥，即可在泡沫鎳基底上得到納米纖維狀三維氫氧化鎳/碳納米管復(fù)合材料。進一步，所述步驟A是在濃硫酸與濃硝酸按體積比為3:1組成的混合酸中加入多壁碳納米管，充分混合后，在70℃水浴條件下回流6小時，分離碳納米管，用水洗滌，80℃真空干燥，獲得酸化的碳納米管。進一步，所述步驟B是將泡沫鎳裁剪成塊狀，在1mol/L稀鹽酸溶液中浸泡1小時，再分別用水和乙醇洗滌除去泡沫鎳表面的氧化物以及油脂，60℃干燥備用。進一步，所述步驟C是將步驟b預(yù)處理后的泡沫鎳放置在含有0.1mg/mL碳納米管、0.015mol/L氯化鎳以及0.0225mol/L尿素的水溶液中，150℃水熱條件下反應(yīng)6小時，反應(yīng)完畢后，冷卻，取出泡沫鎳，用水洗滌，60℃干燥，即可在泡沫鎳基底上得到納米纖維狀三維氫氧化鎳/碳納米管復(fù)合材料。2.采用上述方法制得的納米纖維狀三維氫氧化鎳/碳納米管復(fù)合材料。3.納米纖維狀三維氫氧化鎳/碳納米管復(fù)合材料作為電容器材料的應(yīng)用。本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明提供了一種納米纖維狀三維氫氧化鎳/碳納米管復(fù)合材料的制備方法，操作步驟簡單，所得材料具有良好的空間三維結(jié)構(gòu)且氫氧化鎳呈纖維狀并很好的分散在碳納米管的周圍，三電極電容測試結(jié)果顯示，該材料相比在相同條件下制得的片狀氫氧化鎳具有更好的電容特性，可以作為電容器材料應(yīng)用。附圖說明為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果更加清楚，本發(fā)明提供如下附圖進行說明：圖1為納米纖維狀三維氫氧化鎳/碳納米管復(fù)合材料的掃描電鏡圖(A)和局部放大圖(B)以及在泡沫鎳上生長的片狀氫氧化鎳的掃描電鏡圖(C)和局部放大圖(D)。圖2為納米纖維狀三維氫氧化鎳/碳納米管復(fù)合材料在堿性體系中不同掃速條件下的循環(huán)伏安曲線，其中插圖為氧化還原峰電流與掃速之間的關(guān)系。圖3為納米纖維狀三維氫氧化鎳/碳納米管復(fù)合材料在不同充放電電流條件下的放電曲線。圖4為納米纖維狀三維氫氧化鎳/碳納米管復(fù)合材料的電容量與充放電電流之間的關(guān)系曲線。圖5為納米纖維狀三維氫氧化鎳/碳納米管復(fù)合材料(Ni(OH)2-CNT-Nickelfoam)與片狀氫氧化鎳(Ni(OH)2-Nickelfoam)、泡沫鎳(Nickelfoam)在相同電解液中、掃速10mV/s條件下得到的循環(huán)伏安曲線比較圖。圖6為納米纖維狀三維氫氧化鎳/碳納米管復(fù)合材料(Ni(OH)2-CNT-Nickelfoam)與片狀氫氧化鎳(Ni(OH)2-Nickelfoam)、泡沫鎳(Nickelfoam)在1mA/cm-2充放電電流條件下的充放電曲線比較圖。具體實施方式下面將結(jié)合附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行詳細(xì)的描述。優(yōu)選實施例中未注明具體條件的實驗方法，通常按照常規(guī)條件，或按照試劑制造廠商所建議的條件進行。制備實施例：納米纖維狀三維氫氧化鎳/碳納米管復(fù)合材料的制備包括以下步驟：A.碳納米管的預(yù)處理：向100mL濃硫酸與濃硝酸按體積比為3:1組成的混合酸中加入1g多壁碳納米管，超聲30min使充分混合，再在70℃水浴條件下回流6h，抽濾，碳納米管用蒸餾水洗滌，80℃真空干燥24h，獲得酸化的碳納米管；B.泡沫鎳的預(yù)處理：將泡沫鎳裁剪成3cm×3cm大小，在1mol/L稀鹽酸溶液中浸泡1h，再分別用蒸餾水與乙醇洗滌除去泡沫鎳表面的氧化物以及油脂，60℃干燥備用；C.納米纖維狀三維氫氧化鎳/碳納米管復(fù)合材料的制備：在18mL蒸餾水中加入3.6mg經(jīng)步驟a預(yù)處理的碳納米管，超聲分散，所得分散液與18mL含有0.03mol/LNiCl2和0.045mol/L尿素的水溶液充分混合后轉(zhuǎn)移至50mL反應(yīng)釜中，再將經(jīng)步驟b預(yù)處理的泡沫鎳豎放于反應(yīng)釜中，150℃水熱條件下反應(yīng)6h；反應(yīng)完畢后，自然冷卻，取出泡沫鎳，用蒸餾水洗滌，60℃干燥12h，即可在泡沫鎳基底上得到納米纖維狀三維氫氧化鎳/碳納米管復(fù)合材料。所得納米纖維狀三維氫氧化鎳/碳納米管復(fù)合材料的掃描電鏡圖和局部放大圖分別如圖1A、圖1B所示，從圖中可以清晰地看出，制得的氫氧化鎳/碳納米管復(fù)合材料具有三維結(jié)構(gòu)，同時氫氧化鎳呈纖維狀且很好的分散在碳納米管的周圍。對比制備實施例：片狀氫氧化鎳的制備包括以下步驟：A.泡沫鎳的預(yù)處理：將泡沫鎳裁剪成3cm×3cm大小，在1mol/L稀鹽酸中靜置1h，再分別用蒸餾水與乙醇洗滌除去泡沫鎳表面的氧化物以及油脂，60℃干燥備用；B.片狀氫氧化鎳的制備：將18mL蒸餾水與18mL含有0.03mol/LNiCl2和0.045mol/L尿素的水溶液充分混合后轉(zhuǎn)移至50mL反應(yīng)釜中，再將經(jīng)步驟a預(yù)處理的泡沫鎳豎放于反應(yīng)釜中，150℃水熱條件下反應(yīng)6h；反應(yīng)完畢后，自然冷卻，取出泡沫鎳，用蒸餾水洗滌，60℃干燥12h，即可在泡沫鎳基底上得到片狀氫氧化鎳。所得片狀氫氧化鎳的掃描電鏡圖和局部放大圖分別如圖1C、圖1D所示?？梢娙绻谒疅岱磻?yīng)體系中不加入碳納米管，在相同的反應(yīng)溫度和反應(yīng)時間條件下，將在泡沫鎳基底上得到片狀的氫氧化鎳。應(yīng)用實施例：納米纖維狀三維氫氧化鎳/碳納米管復(fù)合材料作為電容器材料的應(yīng)用將制備實施例制得的納米纖維狀三維氫氧化鎳/碳納米管復(fù)合材料用于三電極電容測試：以玻片為對電極，飽和甘汞電極為參比電極，電解液為3mol/L氫氧化鈉溶液。并與對比制備實施例制得的片狀氫氧化鎳進行對比。圖2為納米纖維狀三維氫氧化鎳/碳納米管復(fù)合材料在電解液中不同掃速條件下的循環(huán)伏安曲線以及氧化還原峰電流與掃速之間的關(guān)系圖，從圖中可以看出，氧化還原峰電流與掃速的平方根有良好的線性關(guān)系，說明該材料在電解液中的電化學(xué)行為是擴散控制。圖3為納米纖維狀三維氫氧化鎳/碳納米管復(fù)合材料在不同充放電電流條件下的放電曲線。圖4為納米纖維狀三維氫氧化鎳/碳納米管復(fù)合材料的電容量與充放電電流之間的關(guān)系曲線。從圖中可以看出，在充電電流為1mA/cm-2(0.9A/g)時，電容達(dá)到了2029.54F/g。圖5為納米纖維狀三維氫氧化鎳/碳納米管復(fù)合材料與片狀氫氧化鎳、泡沫鎳在相同電解液中、掃速10mV/s條件下得到的循環(huán)伏安曲線比較圖。從圖中可以看出，納米纖維狀三維氫氧化鎳/碳納米管復(fù)合材料具有更大的電容量。圖6為納米纖維狀三維氫氧化鎳/碳納米管復(fù)合材料與片狀氫氧化鎳、泡沫鎳在1mA/cm-2充放電電流條件下的充放電曲線比較圖。從圖中也可以看出，納米纖維狀三維氫氧化鎳/碳納米管復(fù)合材料具有更好的電容特性。最后說明的是，以上優(yōu)選實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管通過上述優(yōu)選實施例已經(jīng)對本發(fā)明進行了詳細(xì)的描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以在形式上和細(xì)節(jié)上對其作出各種各樣的改變，而不偏離本發(fā)明權(quán)利要求書所限定的范圍。