本發(fā)明涉及復(fù)合材料，具體涉及一種具有片組裝立方體形貌的復(fù)合材料的制備方法。

背景技術(shù)：

由于氫氧化鎳具有出色的電化學(xué)性能，自1887年首次作為堿性電池的正極材料以來，被廣泛用作二次電池的正極材料，是MH-Ni電池的主要正極活性材料。與傳統(tǒng)的貴金屬氧化物電極材料相比，氫氧化鎳具有原料易得，價(jià)格低廉，易于制備，且環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)。但氫氧化鎳作為電極材料而言，同時(shí)具有循環(huán)性能低、阻抗高的缺點(diǎn)，這些缺點(diǎn)限制了它的進(jìn)一步發(fā)展。

目前金屬氧化物改善措施分為兩類，分別是納米化與復(fù)合化。納米化是指至少把材料三維尺寸中的一維減少到納米尺度范圍之內(nèi)，相應(yīng)的就會(huì)出現(xiàn)零維(0D)、一維(1D)和二維(2D)納米結(jié)構(gòu)的金屬氧化物。另一重要手段是把活性物質(zhì)與其它輔助物進(jìn)行復(fù)合。輔助物在復(fù)合材料中往往起到兩個(gè)重要的作用，分別是提高活性物質(zhì)的電子導(dǎo)電性和穩(wěn)定活性物質(zhì)的結(jié)構(gòu)，維護(hù)活性物質(zhì)間和活性物質(zhì)與集流器間的電接觸。石墨烯作為結(jié)構(gòu)特殊的碳材料，具有高導(dǎo)電性、高機(jī)械性能和高比表面積，能夠縮短離子和電子的傳遞路徑，是理想的提高金屬氧化物比表面積和導(dǎo)電性的材料。所以研究者們常把石墨烯和氫氧化鎳制備成復(fù)合材料，如氫氧化鎳納米片/石墨烯、花狀氫氧化鎳/石墨烯、氫氧化鎳納米線/石墨烯等，一定程度上可以提高材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和導(dǎo)電性。

目前已有的Ni(OH)₂/GO復(fù)合材料的形貌大多數(shù)為花球狀，尚未見到利用一步水熱法制備具有片組裝立方體形貌的Ni(OH)₂/GO復(fù)合材料的報(bào)道。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種片組裝立方體Ni(OH)₂/GO復(fù)合材料的制備方法。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案：

步驟一：前驅(qū)體溶液的配制

將0.1-0.5g氧化石墨烯分散至300mL去離子水中，通過超聲使氧化石墨烯分散均勻，得到氧化石墨烯母液；量取60mL氧化石墨烯母液，用60-180mL去離子水稀釋該母液，得到氧化石墨烯分散液；

取60-90mL氧化石墨烯分散液，將沉淀劑溶解至該分散液中后繼續(xù)加入鎳鹽，攪拌至鎳鹽全部溶解，得到溶液A；另取60-90mL氧化石墨烯分散液，將形貌誘導(dǎo)劑溶解至該分散液中，得到溶液B，形貌誘導(dǎo)劑選自半胱氨酸；在攪拌的狀態(tài)下將溶液B加入到溶液A中，然后繼續(xù)攪拌30-60min，得到前驅(qū)體溶液；

步驟二：Ni(OH)₂/GO復(fù)合材料的制備

將步驟一中得到的前驅(qū)體溶液以一定的填充比加入水熱釜后進(jìn)行水熱反應(yīng)，水熱反應(yīng)后自然冷卻，然后將反應(yīng)產(chǎn)物離心；將離心分離所得沉淀洗滌后烘干，即得到片組裝立方體Ni(OH)₂/GO復(fù)合材料。

所述形貌誘導(dǎo)劑在溶液B中的終濃度為0.001-0.05mol/L。

所述鎳鹽選自六水合硝酸鎳，鎳鹽在溶液A中的終濃度為0.1-0.5M。

所述沉淀劑選自尿素，沉淀劑在溶液A中的終濃度為0.6-5M。

所述水熱反應(yīng)的溫度為80-180℃，保溫時(shí)間為6-24h。

所述填充比為30-50％。

所述烘干的溫度條件為30-70℃。

與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：

本發(fā)明以半胱氨酸為形貌誘導(dǎo)劑，采用一步水熱法制備了片組裝立方體Ni(OH)₂/GO復(fù)合材料，工藝簡(jiǎn)單，反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)間易控制，成本低廉。

附圖說明

圖1為所得Ni(OH)₂/GO復(fù)合材料的XRD譜圖。

圖2為所得Ni(OH)₂/GO復(fù)合材料的SEM照片；在圖2中，標(biāo)尺為2μm，圖2中左下角方格內(nèi)是圖2中畫圈部分的放大圖。

圖3為所得Ni(OH)₂/GO復(fù)合材料的TEM照片；在圖3中，標(biāo)尺為5nm，圖3中左上角是復(fù)合材料的標(biāo)尺為1000nm的TEM照片。

圖4為所得Ni(OH)₂/GO復(fù)合材料和GO的Raman圖譜。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的說明。所述實(shí)施例是對(duì)本發(fā)明的解釋，而不是限定。

本發(fā)明首先采用機(jī)械攪拌工藝將沉淀劑與鎳鹽溶解在氧化石墨烯(GO)分散液中攪拌均勻；接著，在攪拌狀態(tài)下，將形貌誘導(dǎo)劑溶解在相同氧化石墨烯分散液中后滴加入上述溶液，繼續(xù)攪拌；最后，采用傳統(tǒng)水熱的方法，將氫氧化鎳與石墨烯復(fù)合，最終，制得片組裝立方體形貌的Ni(OH)₂/GO復(fù)合材料。具體由以下步驟實(shí)現(xiàn)，參見實(shí)施例。

實(shí)施例1：

步驟一：前驅(qū)體溶液的配制

將0.15g氧化石墨烯分散至300mL去離子水中，超聲60min得到氧化石墨烯母液。量取60mL母液，加入90mL去離子水稀釋，得到氧化石墨烯分散液。

取75mL氧化石墨烯分散液，將終濃度為0.8M的尿素溶解至其中，繼續(xù)加入終濃度為0.1M的六水合硝酸鎳，攪拌至其全部溶解，得到溶液A。另取75mL的氧化石墨烯分散液，將終濃度為0.018mol/L的半胱氨酸溶解至其中，攪拌至其全部溶解，得到溶液B。

在攪拌的狀態(tài)下將溶液B緩慢滴加到溶液A中，全部滴加結(jié)束后，在室溫下快速攪拌30min，得到前驅(qū)體溶液。

步驟二：Ni(OH)₂/GO復(fù)合材料的制備

將步驟一中得到的前驅(qū)體溶液以35％的填充比加入80mL水熱釜中，160℃保溫24h，自然冷卻后，取出樣品離心。將離心分離所得沉淀分別水洗、醇(例如，乙醇)洗3次以上。將離心管中的物質(zhì)轉(zhuǎn)移至表面皿，60℃烘干，即得到片組裝立方體Ni(OH)₂/GO復(fù)合材料。

實(shí)施例2：

步驟一：前驅(qū)體溶液的配制

將0.15g氧化石墨烯分散至300mL去離子水中，超聲60min得到氧化石墨烯母液。量取60mL母液，加入90mL去離子水稀釋，得到氧化石墨烯分散液。

取75mL氧化石墨烯分散液，將終濃度為1.5M的尿素溶解至其中，繼續(xù)加入終濃度為0.15M的六水合硝酸鎳，攪拌至其全部溶解，得到溶液A。另取75mL的氧化石墨烯分散液，將終濃度為0.018mol/L的半胱氨酸溶解至其中，攪拌至其全部溶解，得到溶液B。

在攪拌的狀態(tài)下將溶液B緩慢滴加到溶液A中，全部滴加結(jié)束后，在室溫下快速攪拌30min，得到前驅(qū)體溶液。

步驟二：Ni(OH)₂/GO復(fù)合材料的制備

將步驟一中得到的前驅(qū)體溶液以40％的填充比加入80mL水熱釜中，160℃保溫20h，自然冷卻后，取出樣品離心。將離心分離所得沉淀分別水洗、醇洗3次以上。將離心管中的物質(zhì)轉(zhuǎn)移至表面皿，60℃烘干，即得到片組裝立方體Ni(OH)₂/GO復(fù)合材料。

實(shí)施例3：

步驟一：前驅(qū)體溶液的配制

將0.15g氧化石墨烯分散至300mL去離子水中，超聲60min得到氧化石墨烯母液。量取60mL母液，加入90mL去離子水稀釋，得到氧化石墨烯分散液。

取75mL氧化石墨烯分散液，將終濃度為1.8M的尿素溶解至其中，繼續(xù)加入終濃度為0.2M的六水合硝酸鎳，攪拌至其全部溶解，得到溶液A。另取75mL的氧化石墨烯分散液，將終濃度為0.018mol/L的半胱氨酸溶解至其中，攪拌至其全部溶解，得到溶液B。

在攪拌的狀態(tài)下將溶液B緩慢滴加到溶液A中，全部滴加結(jié)束后，在室溫下快速攪拌30min，得到前驅(qū)體溶液。

步驟二：Ni(OH)₂/GO復(fù)合材料的制備

將步驟一中得到的前驅(qū)體溶液以45％的填充比加入80mL水熱釜中，180℃保溫24h，自然冷卻后，取出樣品離心。將離心分離所得沉淀分別水洗、醇洗3次以上。將離心管中的物質(zhì)轉(zhuǎn)移至表面皿，60℃烘干，即得到片組裝立方體Ni(OH)₂/GO復(fù)合材料。

實(shí)施例4：

步驟一：前驅(qū)體溶液的配制

將0.15g氧化石墨烯分散至300mL去離子水中，超聲60min得到氧化石墨烯母液。量取60mL母液，加入90mL去離子水稀釋，得到氧化石墨烯分散液。

取75mL氧化石墨烯分散液，將終濃度為0.6M的尿素溶解至其中，繼續(xù)加入終濃度為0.2M的六水合硝酸鎳，攪拌至其全部溶解，得到溶液A。另取75mL的氧化石墨烯分散液，將終濃度為0.015mol/L的半胱氨酸溶解至其中，攪拌至其全部溶解，得到溶液B。

在攪拌的狀態(tài)下將溶液B緩慢滴加到溶液A中，全部滴加結(jié)束后，在室溫下快速攪拌30min，得到前驅(qū)體溶液。

步驟二：Ni(OH)₂/GO復(fù)合材料的制備

將步驟一中得到的前驅(qū)體溶液以40％的填充比加入80mL水熱釜中，180℃保溫20h，自然冷卻后，取出樣品離心。將離心分離所得沉淀分別水洗、醇洗3次以上。將離心管中的物質(zhì)轉(zhuǎn)移至表面皿，60℃烘干，即得到片組裝立方體Ni(OH)₂/GO復(fù)合材料。

總之，本發(fā)明以半胱氨酸為形貌誘導(dǎo)劑，將氧化石墨烯直接加入溶劑中，通過水熱法一步制得具有片組裝立方體形貌的Ni(OH)₂/GO復(fù)合材料(參見圖1、圖4)，利用片組裝立方體結(jié)構(gòu)Ni(OH)₂巨大的比表面積(參見圖2、圖3)以及石墨烯良好的導(dǎo)電性，能夠應(yīng)用在超級(jí)電容器等領(lǐng)域。