一种氧化镍纳米片的制备方法及其应用
【技术领域】
[0001]本发明属于无机先进材料技术领域和电化学储能技术领域，尤其是涉及一种氧化镍纳米片的制备方法及其应用。
【背景技术】
[0002]由于具有较大电容量、功率密度、能量密度和长寿命等特点，近年来超级电容器的研究备受人们关注(Nanoscale，2013,5(10): 4378-4387)，有望成为21世纪新型的绿色能源。众所周知，电极材料的更新对超级电容器的性能具有举足轻重的作用。传统的高比表面活性炭材料作为电极是用来增加电容器的双电层电容。然而，中间有十几年由于电极材料一直沿用炭材料，使得超级电容器的发展一度处于停滞状态。上个世纪末，伴随着纳米技术的迅速发展，人们逐渐加深了对具有高表面积的炭材料的孔径的重要性的认识，同时，对具有“法拉第准电容(或氧化还原电容)”行为的过渡金属氧化物的开发利用，大大促进了超级电容器的发展，大多数金属氧化物作为电极时的储电机制属于氧化还原界面储电。鉴于目前超级电容器研究中炭基材料的比电容较小和钌基材料的价格昂贵等缺陷，人们尝试合成价格便宜、性能优良的替代性氧化物电极材料(如氧化镍、氧化钴、氧化锰等)。在这些替代材料中，因为氧化镍具备优良的电化性能和相对低廉的价格等优点，近期在超级电容器领域引起了广泛研究和关注。文献表明:氧化还原电容的储能主要通过在电极材料(如金属氧化物)表面或近表面的氧化还原反应(Electrochim.Acta, 2005, 50, 5641 - 5646)。根据这一储能机理可知，制备纳米材料是增大金属氧化物法拉第准电容的有效方法之一。通过改变金属氧化物纳米材料的形貌，增大材料的比表面积、提高材料的孔结构等方面，所制备的金属氧化物纳米材料都表现出优良的电化学性能。
[0003]目前，制备氧化镍纳米片主要采用的方法为:模板法、辐射合成法、微乳液法、化学气相反应法和水热法等。值得注意的是，溶液法和水热法是制备氧化镍纳米片的好方法，但其大多制备过程需要调pH值，并且产量较低，难以大规模推广(J.Mater.Chem.，2011，21，18792-18798 ;《安徽大学学报(自然科学版))),2013年03期)。以镍盐为原料的模板法因其原料价格较贵，步骤较多，不太适合工业化生产(J.Mater.Chem.，2011，21，6602-6606)。此外，化学气相反应法和辐射合成法因其制备需要的设备特殊，增加了生产成本。目前，从简化操作与节省能源角度考虑，金属-有机化合物热分解法逐渐成为合成纳米氧化物的主要研究方法(J.Phys.Chem.C，2012，116，7227-7235)，该方法制备的产物具有结构均一、无团聚、相对面积较大、孔道丰富等特点被许多工作者广泛关注。迄今为止，利用金属-有机化合物热分解法制备具有二维、多孔、纳米片状结构的氧化镍材料及其相关应用的报道还尚未报道。因此，发展出一种操作简单，效率高、成本低、环境友好的制备方法，获得结构均一、孔道丰富、表面积高、可控性强等特点的氧化镍纳米片材料，具有十分重要的意义。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种制备成本较低，易于实现工业化，实施有效、可行的，介观结构保持完好的氧化镍纳米片的制备方法及其应用。
[0005]本发明的技术方案是:本发明的氧化镍纳米片的制备方法，包括以下步骤:
[0006]a、将可溶性镍盐、柠檬酸钠按比例加入到水中混合后充分搅拌，得到均一溶液，
[0007]b、将可溶性四氰合镍(II )酸钾加入到水中混合后充分搅拌，得到均一溶液，
[0008]c、将步骤a得到的溶液加入到步骤b中的溶液，然后于静置，得到生长有淡绿色沉淀；
[0009]d、然后将步骤c中得到的淡绿色沉淀离心收集，用去离子水和乙醇充分洗涤，所得产物置于真空干燥箱中保温干燥，随后在不同温度下进行热处理，焙烧，既得到淡绿色氧化镍纳米片粉体。
[0010]进一步，所述步骤a中的所述可溶性镍盐、柠檬酸钠的摩尔比为1: 2，所述步骤a中水的量为200mL。
[0011]进一步，所述步骤b中水的量为200mL。
[0012]进一步，所述步骤a中可溶性镍盐为氯化镍、醋酸镍、硝酸镍或硫酸镍。
[0013]进一步，所述步骤c中的静置时间为0.5?24h，所述步骤c中的静置温度为20?80。。。
[0014]进一步，所述步骤d中真空干燥箱中保温干燥处理是在0?80°C的温度环境中进行的，时长为12小时。
[0015]进一步，所述步骤d中热处理优选在300?350°C的温度环境中进行，速率升温为
0.5?2°C /min,且时间优选为0.5?1.5h。
[0016]所述氧化镍纳米片，用于电化学储能领域，尤其是可用作超级电容器电极材料。
[0017]所述氧化镍纳米片由无数个纳米颗粒单体组成，所述纳米颗粒为氧化镍，所述纳米片为二维多孔六边形或五边形，所述纳米片单元的尺寸约为250?300nm，厚度约为27nm0
[0018]本发明具有的优点和积极效果是:本发明所述方法制备工艺简单、操作方便、没有环境污染、低能耗、重复性好、适合进行大规模工业化生产，通过本发明所述方法获得的氧化镍纳米片具有较大的比表面积，用于构筑超级电容器电极具有良好的比容量和循环性能等优点。
【附图说明】
[0019]图1为实施例1和2中样品的X射线衍射光谱图；
[0020]图2为实施例1中样品的低倍扫描电镜图；
[0021]图3为实施例2中样品的高倍透射电镜图；
[0022]图4为实施例1中样品的比表面积测量曲线；
[0023]图5为实施例3中样品的低倍扫描电镜图；
[0024]图6为实施例1中样品制备所得电极在不同扫速下的循环伏安图；
[0025]图7为实施例1中样品制备所得电极的循环稳定性图。
【具体实施方式】
[0026]下面结合附图对本发明做详细说明。
[0027]实施例1
[0028]制备氧化镍纳米片:
[0029]a、将六水合氯化镍、柠檬酸钠按摩尔比例1: 2加入到200mL水中混合后充分搅拌2min，得到均一溶液，
[0030]b、将可溶性四氰合镍(II )酸钾加入到200mL水中混合后充分搅拌2min，得到均一溶液，
[0031 ] c、将步骤a得到的溶液加入到步骤b中的溶液，然后于温度20°C静置24h，得到生长有淡绿色沉淀；
[0032]d、然后将步骤c中得到的淡绿色沉淀离心、洗涤后，收集并于温度50°C烘干12h，最后在30(TC焙烧，升温速率为1°C /min，焙烧lh，既得到淡绿色氧化镍纳米片粉体。
[0033]如图1所示，将实施例1得到的氧化镍纳米片用X射线粉末衍射仪表征，结果显示样品峰与氧化镍的标准谱图相吻合(JCPDS file n0.4-835，space group:Fm3m)，这说明实验成功制备了氧化镍纳米片；图2是实施例1的低倍扫描电镜图结果显示样品为多孔氧化镍纳米片。
[0034]如图4所示，根据测量曲线计算，实施例1所得氧化镍纳米片的比表面积为118.2m2/g0
[0035]氧化镍纳米片电化学性能测试:
[0036]将本发明实施例1中所得氧化镍纳米片材料与乙炔黑及PVDF按质量比75:15:10混合，再滴加少许N-甲基吡咯烷酮(NMP)使其混和均勾，在15MPa的压力下将其压在处理过的泡沫镍上制成工作电极，电极面积为约为1cm2，厚度约0.2mm。电化学实验装置采用三电极体系，分别以饱和甘萊电极为参比电极，铂电极(lcmX lcm)为对电极，1MK0H溶液为支持电解质，以CHI760D电化学工作站分别进行循环伏安和充放电等电化学测试。
[0037]图6为实施例1所获得产物在1MΚ0Η溶液中的不同扫描速率下循环伏安曲线。由图可见，材料的循环伏安曲线明显区别与典型的双电层电容器的接近矩形的形状，这表明该材料的电