形貌可控的碳量子点/钴酸镍复合电极材料以及制备方法
【专利摘要】本发明属于纳米材料技术领域，具体为一种形貌可控的碳量子点/钴酸镍复合电极材料以及制备方法。本发明的制备方法具体如下：（1）将碳量子点粉末、六水合硝酸镍、六水合硝酸钴和尿素溶解于水和乙醇形成的混合溶剂中，混和后置于聚四氟乙烯内衬反应釜中，并加入泡沫镍，密封后加热反应，冷却后取出泡沫镍冲洗、烘干；（2）将烘干后的泡沫镍进行热处理得到以泡沫镍为基底的碳量子点/钴酸镍复合电极材料。本发明通过调节碳量子点的投料量使复合材料在微观结构上形成从海胆状，花冠状到杨梅状等不同的形貌。本发明制备方法简单易行，成本低廉；所得材料的化学物理性质稳定，在电化学储能与催化领域具有良好的应用前景。
【专利说明】
形貌可控的碳量子点/钴酸镍复合电极材料以及制备方法
技术领域
[0001] 本发明属于纳米材料技术领域，具体的说，涉及一种形貌可控的碳量子点/钴酸镍 复合电极材料以及制备方法。
【背景技术】
[0002] 碳量子点，又称碳点或者碳纳米点，是一类尺寸在10纳米以下的新型碳纳米材料。 作为一种零维纳米材料因为优异的溶剂分散性能，良好的导电性能，低毒性，来源广泛以及 价格低廉而逐渐受到学术界乃至工业界的重视。到目前为止，碳量子点的应用大多都局限 于生物标记，传感器件，显示器件等领域。相比而言在电化学储能领域的研究还处于初级阶 段，直到2013年才开始崭露头角。近期研究工作表明，碳量子点能够有效提升金属氧化物材 料的倍率性能和循环稳定性。以单一的钴酸镍做正极材料为例，在氢氧化钾水溶液为电解 液，在电流密度变化从lA/g提升至30A/g时，其电容值的保持率一般在25%左右至45%左右， 五千次循环衰减便可至5%以上，通过复合聚合物材料(如聚吡咯），石墨烯材料以及碳纳米 管材料等可在一定程度上改善钴酸镍材料的不足，但效果有限，且复合物存在原料价格昂 贵，且来源不广泛等缺点。相比之下，碳量子点并不存在以上缺点，且其高度石墨化的内核， 丰富的表面官能团和优异的分散性可以有效增加材料的表面的润湿性和材料整体的电子 导电性，从而大幅提升金属氧化物的倍率性能和循环性能。
【发明内容】
[0003] 为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提出一种能够"定制化"改变形貌的 具有高比容量的碳量子点/钴酸镍复合电极材料以及制备方法。本发明制备方法简单，通过 改变碳量子点的投料比例，即可将电极材料的微观形貌从海胆状(非复合），调节至毛栗状、 花冠状以及杨梅状。
[0004] 本发明的技术方案具体介绍如下。
[0005] 本发明提供一种形貌可控的碳量子点/钴酸镍复合电极材料的制备方法，具体步 骤如下： (1) 将碳量子点粉末、六水合硝酸镍、六水合硝酸钴和尿素于水和乙醇形成的混合溶剂 中混和，混和后置于聚四氟乙烯内衬反应釜中，再加入泡沫镍，密封后85~95°C温度下反应7 ~9小时，之后冷却，取出泡沫镍冲洗、烘干； (2) 将烘干后的泡沫镍在240~260°C温度下进行热处理，得到泡沫镍为基底的碳量子 点/钴酸镍复合电极材料。
[0006] 本发明中，步骤(1)中，六水合硝酸镍、六水合硝酸钴和尿素的摩尔比为1:2:12。
[0007] 本发明中，步骤（1)中，六水合硝酸镍在混合溶剂中的浓度范围在0.02~0.03mol/L 之间，由此相应调整六水合硝酸钴和尿素的浓度。
[0008] 本发明中，步骤(1)中，碳量子点通过以柠檬酸、乙二胺、石墨烯、碳纳米管、对苯二 酚或尿素为原料，经水热法或电化学剥离法制备得到，碳量子点的平均粒径在2.5-3.5nm之 间。
[0009] 本发明的碳量子点来源于不同的前驱体，表面官能团的数量与种类不尽相同。同 时本发明中使用的碳量子点，原料来源廉价无毒且绿色环保。本发明的碳量子点在形貌上 都表现为由石墨化的核心区域和表面的无定形碳两部分组成。其纳米粒子平均半径都在 3nm左右。这些纳米粒子在表面区域含有大量的亲水性官能团，包括-NH、-OH、-C00H等，能够 保证它们优异的水溶性。总之，本发明的碳量子点高度石墨化的内核，丰富的表面官能团和 优异的分散性可以有效增加材料的表面的润湿性和材料整体的电子导电性，从而大幅提升 金属氧化物的倍率性能和循环性能。
[0010] 本发明中，步骤（1)中，碳量子点粉末在混合溶剂中的质量体积浓度为〇. 1~2mg/ mL； 优选的，碳量子点粉末在混合溶剂中的质量体积浓度为0.25~lmg/mL。
[0011] 本发明中，步骤(1)中，混合溶剂中，乙醇和水的体积比1:3~3:1。
[0012] 本发明中，步骤（2)中，热处理时，先以0.5~2°C/分钟的升温速率升温到240~260 °C，再保温1.5~3小时。
[0013 ]本发明还提供一种上述制备方法得到的碳量子点/钴酸镍复合电极材料。
[0014] 优选的，本发明得到的碳量子点/钴酸镍复合电极材料呈毛栗状、花冠状或杨梅 状。其"毛栗"刺的外径，"花瓣"厚度以及杨梅状结构的便面颗粒的直径分别为70-80 nm， 25-35 nm以及20-30 nm，呈现出递减的趋势，形成对比的是纯钴酸镍材料(海胆状结构）"海 胆"刺的外径则达到150nm。这显示出通过复合碳量子点可以有效缩短材料组成部分的尺 寸，减小离子通过路径，且添加了不同种类的碳量子点而呈现出相同的制备结果。
[0015] 本发明的有益效果在于： 1、 本发明制备方法简单，通过改变碳量子点的投料比例即将电极材料的微观形貌从海 胆状(不复合碳量子点），调节至毛栗状、花冠状以及杨梅状； 2、 通过复合碳量子点所得到的碳量子点/钴酸镍电极材料具有高容量、高倍率和长寿 命等 优点。以用乙二胺、柠檬酸制备的碳量子点与钴酸镍形成的复合材料为例，以3 mol/L KOH水溶液为电解质，在I A/g电流密度条件下质量比容量可以达到2168 F/g，电流密度提 升至30 A/g后容量的保持率仍能达到75.2%，在5 A/g电流密度下经过10000次循环电容保 持率可以达到99.7%。
【附图说明】
[0016] 图1是实施例1中钴酸镍材料(A)以及三种碳量子点/钴酸镍复合材料(碳量子点投 料量为1 〇、20和40 mg，分别对应图B、C和D)的高分辨扫描电镜照片及结构模型。
[0017]图2是实施例1中的代表性复合材料(碳量子点投料量为20 mg，碳量子点/钴酸镍-2)的透射电镜照片。
[0018] 图3是实施例1中钴酸镍材料以及三种碳量子点/钴酸镍复合材料的X射线衍射结 果。
[0019] 图4是实施例1中钴酸镍材料以及三种碳量子点/钴酸镍复合材料(碳量子点投料 量为10、20和40 mg，分别对应图A-D)的循环伏安测试结果，扫速为2mV/s-100mV/s，电位范 围0-0.65￥￥8.取/取0。
[0020] 图5是实施例1中的代表性复合材料(碳量子点投料量为20 mg，碳量子点/钴酸镍-2)与活性炭材料（比表面积1300 m2/g)组装的非对称电容器体系（电解液为3 mol/L Κ0Η， 电位范围0-1.5V)的能量密度-功率密度曲线及与其它相似材料所组成的超级电容器体系 对比。
【具体实施方式】
[0021] 为了更好地理解本发明的内容，下面结合具体的实施例和附图来进一步说明本发 明。
[0022] 实施例1 (1)以乙二胺和梓檬酸为原料制备碳量子点 o.lg柠檬酸，300yL乙二胺和500yL水加入50mL聚四氟乙烯内衬反应釜，140°C反应4 小时，冷却至室温后加入蒸馏水形成碳量子点水溶液。此水溶液中加入乙醇进行沉降，得到 絮状固体，收集固体沉淀，再次用乙醇冲洗2-3次，放入40°C真空烘箱烘干，得到棕褐色粉 末。
[0023] (2)碳量子点/钴酸镍复合材料的制备 I mmol六水合硝酸镍(分析纯），2 mmol六水合硝酸钴(分析纯）以及不同量的上述 碳量 子点粉末(W= 10, 20以及40 mg)溶于20ml水和20ml乙醇形成粉红色澄清混合液， 而后加入12 mmol尿素（分析纯），室温下搅拌10分钟后倒入50mL聚四氟乙烯内衬反应釜 中，加入1片洁净的泡沫镍（l*2cm)，封紧后90°C反应8小时。将反应釜冷却至室温后取出泡 沫镍，冲洗干净后60°C烘干(12h)。将烘干的载有前驱体的泡沫镍片置于管式炉(或马弗炉） 中以1°C/分钟的升温速率升至250°C保持2小时后，冷却至室温即制备了以泡沫镍为基底的 载有不同形貌碳量子点/钴酸镍复合材料;对应名称为碳量子点/钴酸镍-1、碳量子点/钴酸 镍-2和碳量子点/钴酸镍-3。图1是实施例1中钴酸镍材料(A)以及三种碳量子点/钴酸镍复 合材料(碳量子点投料量为1 〇、20和40 mg，分别对应图B、C和D)的高分辨扫描电镜照片及结 构模型，投料量为10、20和40 mg得到的材料的对应名称分别为碳量子点/钴酸镍-1、碳量子 点/钴酸镍-2和碳量子点/钴酸镍-3。图2是实施例1中碳量子点/钴酸镍-2的透射电镜照片， 其中可以明显看到碳量子点的002晶面(0.34纳米）以及钴酸镍的400晶面(0.20纳米）、511 晶面(0.16纳米）、111晶面(0.47纳米）、311晶面(0.24纳米），钴酸镍颗粒与碳量子点交错分 布说明二者很好地复合在一起。图3是实施例1中钴酸镍材料以及三种碳量子点/钴酸镍复 合材料的X射线衍射结果，对应于钴酸镍的标准卡片。图4是实施例1中钴酸镍材料以及三种 碳量子点/钴酸镍复合材料的循环伏安测试结果，每种样品的扫速均为2mV/ S、5mV/s、10mV/ s、20mV/s、50mV/s和 100mV/s，电位范围0-0.65V vs. Hg/Hg0(内参比为I mol/L KOH水溶 液）。其氧化还原电位区间分别在〇. 2-0.3V和0.35-0.45V(相对于内参比为I mol/L KOH水 溶液的汞/氧化汞参比电极）。图5是实施例1中的代表性复合材料(碳量子点投料量为20 mg，碳量子点/钴酸镍-2)与活性炭材料(比表面积1300 m2/g)组装的非对称电容器体系（电 解液为3 mol/L Κ0Η，电位范围0-1.5V)的能量密度-功率密度曲线及与其它相似材料所组 成的超级电容器体系对比。可以看出这种通过简便廉价方法制备得到的钴酸镍复合材料相 比采用贵金属，石墨烯等昂贵材料制备的钴酸镍复合材料具有更高的质量比能量和质量比 功率，显示出更加优越的应用前景。
[0024] 实施例2 (1)以对苯二胺为原料制备碳量子点 先量取5ml乙醇放入50ml的尚心管里，再分别称量0.2g尿素(分析纯)和0.2g没有被 氧化的对苯二胺(分析纯)快速地加入到离心管内，震荡直至完全溶解，形成红棕色的 溶液。再加入45ml去离子水，混合均匀，将混合液转移到高压反应釜（150 ml)内，密封保存。 先将高温烘箱预热至160°C后，再将反应釜放入烘箱中反应10个小时，反应完毕，自然冷却 至室温。所得溶液，利用稀氨水进行沉降、纯化，得到纯净的碳量子点溶液后，40°C真空干燥 即得黑褐色碳量子点粉末。
[0025] (2)碳量子点/钴酸镍复合材料的制备 0.8 mmol六水合硝酸镍(分析纯），1.6 mmol六水合硝酸钴(分析纯）以及不同量的 上述碳量子点粉末(W= 10, 20以及40 mg)溶于IOml水和30ml乙醇形成粉红色澄清混合 液，而后加入9.6 mmol尿素(分析纯），室温下搅拌10分钟后倒入50mL聚四氟乙烯内衬反 应釜中，加入1片洁净的泡沫镍（l*2cm)，封紧后85°C反应7小时。将反应釜冷却至室温后取 出泡沫镍，冲洗干净后60°C烘干（12h)。将烘干的载有前驱体的泡沫镍片置于管式炉(或马 弗炉）中以0.5°C/分钟的升温速率升至260°C保持2小时后，冷却至室温即制备了以泡沫镍 为基底的载有不同形貌碳量子点/钴酸镍复合材料。
[0026] 实施例3 (1)以聚乙烯吡咯烷酮为原料制备碳量子点 先将Ig的聚乙烯吡咯烷酮(K-30,分析纯)放入管式炉的石英舟内，然后设置温度在 100分钟内从室温上升到400°C，煅烧样品3小时，反应结束后自然降到室温，整个过程 是暴露在空气中完成的。随后，将初次得到的块状样品研磨成粉末，再加入30mL乙醇进行超 声沉降。在这之后，取乙醇液体进行离心纯化（15000转/分钟），蒸馏等处理，最终获得了碳 点固体粉末。
[0027] (2)碳量子点/钴酸镍复合材料的制备 0.8 mmol六水合硝酸镍(分析纯），1.6 mmol六水合硝酸钴(分析纯）以及不同量的 上述碳量子点粉末(W= 10, 20以及40 mg)溶于30ml水和IOml乙醇形成粉红色澄清混合 液，而后加入9.6 mmol尿素(分析纯），室温下搅拌10分钟后倒入50mL聚四氟乙烯内衬反 应釜中，加入1片洁净的泡沫镍（l*2cm)，封紧后95°C反应9小时。将反应釜冷却至室温后取 出泡沫镍，冲洗干净后60°C烘干（12h)。将烘干的载有前驱体的泡沫镍片置于管式炉(或马 弗炉）中以1.5°C/分钟的升温速率升至250°C保持3小时后，冷却至室温即制备了以泡沫镍 为基底的载有不同形貌碳量子点/钴酸镍复合材料。
[0028] 实施例4 (1)以对α-硫辛酸为原料制备碳量子点 先将〇. Ig的NaOH溶于50mL水中获得碱性溶液，然后再将0.5g的α-硫辛酸(分析纯） 溶于此碱性溶液以获得一个浅黄色溶液。随后，将此溶液转入不锈钢反应釜里形成密 闭体系后再放入250Γ的烘箱里面分别反应19个小时。最后，将冷却的反应溶液加入稀氨水 进行沉降，纯化，干燥得到碳量子点粉末。
[0029] (2)碳量子点/钴酸镍复合材料的制备 1.2 mmol六水合硝酸镍(分析纯），2.4 mmol六水合硝酸钴(分析纯）以及不同量的 上述碳量子点粉末(W= 10, 20以及40 mg)溶于IOml水和30ml乙醇形成粉红色澄清混合 液，而后加入14.4 mmol尿素(分析纯），室温下搅拌10分钟后倒入50mL聚四氟乙烯内衬反 应釜中，加入1片洁净的泡沫镍（l*2cm)，封紧后95°C反应9小时。将反应釜冷却至室温后取 出泡沫镍，冲洗干净后60°C烘干（12h)。将烘干的载有前驱体的泡沫镍片置于管式炉(或马 弗炉）中以1°C/分钟的升温速率升至240°C保持2.5小时后，冷却至室温即制备了以泡沫镍 为基底的载有不同形貌碳量子点/钴酸镍复合材料。
[0030] 实施例5 (1)以3-环戊基丙酸和乙二胺为原料制备碳量子点 先将〇.5g的3-环戊基丙酸(分析纯)和0.3g的乙二胺(分析纯）溶于50mL的水里形成透 明 的无色溶液，再加入0.1 g的氢氧化钠形成混合碱性溶液。随后，将此溶液转入不锈钢反 应釜里形成密闭体系后再放入250°C的烘箱里面分别反应19个小时。最后，将冷却的反应溶 液中加入乙醇进行沉降，纯化，干燥得到碳量子点粉末。
[0031] (2)碳量子点/钴酸镍复合材料的制备 I mmol六水合硝酸镍(分析纯），2 mmol六水合硝酸钴(分析纯）以及不同量的上述 碳量子点粉末(W= 10, 20以及40 mg)溶于20ml水和20ml乙醇形成粉红色澄清混合液， 而后加入12 mmol尿素（分析纯），室温下搅拌10分钟后倒入50mL聚四氟乙烯内衬反应釜 中，加入1片洁净的泡沫镍（l*2cm)，封紧后95°C反应9小时。将反应釜冷却至室温后取出泡 沫镍，冲洗干净后60°C烘干(12h)。将烘干的载有前驱体的泡沫镍片置于管式炉(或马弗炉） 中以2°C/分钟的升温速率升至250°C保持3小时后，冷却至室温即制备了以泡沫镍为基底的 载有不同形貌碳量子点/钴酸镍复合材料。
[0032] 实施例6 (1)以石墨粉为原料制备碳量子点 Ig纳米石墨粉(分析纯)分散于200mL硝酸（12 mo 1/L)，并连续超声2h (100W，40KHZ)， 而后混合物回流48小时。冷却至室温后，离心30min得到上清液，加热蒸发除去水分和 部分硝酸，得到红棕色固体，而后再次溶解于50mL去离子水中，透析24小时除去多余的酸与 杂质，再次浓缩，并加入稀氨水进行沉降，纯化，冷冻干燥得到棕红色粉末。
[0033] (2)碳量子点/钴酸镍复合材料的制备 0.8 mmol六水合硝酸镍(分析纯），1.6 mmol六水合硝酸钴(分析纯）以及不同量的 上述碳量子点粉末(W= 10, 20以及40 mg)溶于20ml水和20ml乙醇形成粉红色澄清混合 液，而后加入12 mmol尿素(分析纯），室温下搅拌10分钟后倒入50mL聚四氟乙烯内衬反应 釜中，加入1片洁净的泡沫镍（l*2cm)，封紧后95°C反应9小时。将反应釜冷却至室温后取出 泡沫镍，冲洗干净后60°C烘干（12h)。将烘干的载有前驱体的泡沫镍片置于管式炉（或马弗 炉）中以2°C/分钟的升温速率升至250°C保持3小时后，冷却至室温即制备了以泡沫镍为基 底的载有不同形貌碳量子点/钴酸镍复合材料。
[0034] 实施例7 (1)以朽1檬酸为原料制备碳量子点 100g柠檬酸(分析纯)粉末在高纯氮气气氛管式炉中煅烧48h(煅烧温度80(TC，升温速 率 5°C/min)将剩余固体粉末溶于水后加入稀氨水进行沉降，纯化，干燥得到碳量子点粉 末。
[0035] (2)碳量子点/钴酸镍复合材料的制备 I mmol六水合硝酸镍(分析纯），2 mmol六水合硝酸钴(分析纯）以及不同量的上述 碳量子点粉末(W= 10, 20以及40 mg)溶于20ml水和20ml乙醇形成粉红色澄清混合液， 而后加入12 mmol尿素（分析纯），室温下搅拌10分钟后倒入50mL聚四氟乙烯内衬反应釜 中，加入1片洁净的泡沫镍（l*2cm)，封紧后85°C反应8小时。将反应釜冷却至室温后取出泡 沫镍，冲洗干净后60°C烘干(12h)。将烘干的载有前驱体的泡沫镍片置于管式炉(或马弗炉） 中以1°C/分钟的升温速率升至260°C保持3小时后，冷却至室温即制备了以泡沫镍为基底的 载有不同形貌碳量子点/钴酸镍复合材料。
[0036] 实施例8 (1)以单壁碳纳米管为原料制备碳量子点 50mg单壁碳纳米管(纯度90%)分散于5mL浓硝酸和5mL浓高氯酸混合液中，混合均 匀后转移至反应爸中l〇〇°C反应24小时，冷却至室温而后加入50mL去离子水加入稀氨 水进行沉降，纯化，干燥得到碳量子点粉末。
[0037] (2)碳量子点/钴酸镍复合材料的制备 0.8 mmol六水合硝酸镍(分析纯），1.6 mmol六水合硝酸钴(分析纯）以及不同量的 上述碳量子点粉末(W= 10, 20以及40 mg)溶于20ml水和20ml乙醇形成粉红色澄清混合 液，而后加入9.6 mmol尿素(分析纯），室温下搅拌10分钟后倒入50mL聚四氟乙烯内衬反 应釜中，加入1片洁净的泡沫镍（l*2cm)，封紧后95°C反应9小时。将反应釜冷却至室温后取 出泡沫镍，冲洗干净后60°C烘干（12h)。将烘干的载有前驱体的泡沫镍片置于管式炉(或马 弗炉）中以2°C/分钟的升温速率升至260°C保持1.5小时后，冷却至室温即制备了以泡沫镍 为基底的载有不同形貌碳量子点/钴酸镍复合材料。
[0038] 实施例9 (1)以对聚乙烯亚胺为原料制备碳量子点 先量取5ml聚乙烯亚胺水溶液(50%，分析纯)放入50ml的离心管里，再加入0.5mg对 苯二酚(分析纯）后放入40 °C恒温箱中老化24小时，取出后置入反应釜中180°C反应12 小时，加入50ml纯水后加入N，N-二甲基甲酰胺进行沉降，纯化，干燥得到碳量子点粉末。 [0039] (2)碳量子点/钴酸镍复合材料的制备 I mmol六水合硝酸镍(分析纯），2 mmol六水合硝酸钴(分析纯）以及不同量的上述 碳量子点粉末(W= 10, 20以及40 mg)溶于30ml水和IOml乙醇形成粉红色澄清混合液， 而后加入12 mmol尿素（分析纯），室温下搅拌10分钟后倒入50mL聚四氟乙烯内衬反应釜 中，加入1片洁净的泡沫镍（l*2cm)，封紧后95°C反应9小时。将反应釜冷却至室温后取出泡 沫镍，冲洗干净后60°C烘干(12h)。将烘干的载有前驱体的泡沫镍片置于管式炉(或马弗炉） 中以2.5°C/分钟的升温速率升至240°C保持2小时后，冷却至室温即制备了以泡沫镍为基底 的载有不同形貌碳量子点/钴酸镍复合材料。
[0040] 实施例10 (I)以对苯二酚和乙二胺为原料制备碳量子点 O.lg对苯二酚(分析纯），300yL乙二胺（分析纯）和10 mL水加入50mL聚四氟乙烯内 衬 反应釜，180°C反应12小时，冷却至室温后加入蒸馏水稀释碳量子点水溶液。将此水溶 液中加入乙醇进行沉降，纯化，干燥得到碳量子点粉末。
[0041 ] (2)碳量子点/钴酸镍复合材料的制备 I mmol六水合硝酸镍(分析纯），2 mmol六水合硝酸钴(分析纯）以及不同量的上述 碳量子点粉末(W= 10, 20以及40 mg)溶于IOml水和30ml乙醇形成粉红色澄清混合液， 而后加入12 mmol尿素（分析纯），室温下搅拌10分钟后倒入50mL聚四氟乙烯内衬反应釜 中，加入1片洁净的泡沫镍（l*2cm)，封紧后80°C反应9小时。将反应釜冷却至室温后取出泡 沫镍，冲洗干净后60°C烘干(12h)。将烘干的载有前驱体的泡沫镍片置于管式炉(或马弗炉） 中以2°C/分钟的升温速率升至250°C保持2.5小时后，冷却至室温即制备了以泡沫镍为基底 的载有不同形貌碳量子点/钴酸镍复合材料。
[0042] 实施例1-10所制备的不同样品的电化学储能性能测试见表1。
[0043] 表 1
附注：1.测试条件为三电极测试体系，载有复合材料的泡沫镍为研究电极，铂片为对 电极，萊/氧化萊电极（I mol/L KOH水溶液为内参比液)为参比电极，电解液为3M KOH水溶 液，测试电压范围0-0.5V vs.取/取0。2.星号标记为电化学储能性能较优样品。
[0044]图4是实施例1中钴酸镍材料以及三种碳量子点/钴酸镍复合材料(碳量子点投料 量为10、20和40 mg，分别对应图A-D)的循环伏安测试结果，扫速为2mV/s-100mV/s，电位范 围0-0.65￥￥8.取/取0。
[0045]实施例1中的代表性复合材料(碳量子点投料量为20 mg，碳量子点/钴酸镍-2)与 活性炭材料（比表面积1300 m2/g)组装的非对称电容器体系（电解液为3 mol/L Κ0Η，电位 范围0-1.5V)的能量密度-功率密度曲线及与其它相似材料所组成的超级电容器体系对比 见图5。实施例1中的代表性复合材料(碳量子点投料量为20 mg)与活性炭材料（比表面积 1300 m2/g)组装的全电池的电化学性能数据如表2所示。
【主权项】
1. 一种形貌可控的碳量子点/钴酸镍复合电极材料的制备方法，其特征在于，具体步骤 如下： (1) 将碳量子点粉末、六水合硝酸镍、六水合硝酸钴和尿素于水和乙醇形成的混合溶剂 中混和，混和后置于聚四氟乙烯内衬反应釜中，再加入泡沫镍，密封后85~95°C温度下反应7 ~9小时，之后冷却，取出泡沫镍冲洗、烘干； (2) 将烘干后的泡沫镍在240~260°C下进行热处理，得到泡沫镍为基底的碳量子点/钴 酸镍复合电极材料。2. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1)中，六水合硝酸镍、六水合硝 酸钴和尿素的摩尔比为1:2:12。3. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，六水合硝酸镍在混合溶剂 中的浓度范围在0.02~0.03mol/L之间由此相应调整六水合硝酸钴和尿素的浓度。4. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1)中，碳量子点通过以柠檬酸、 乙二胺、石墨烯、碳纳米管、对苯二酚或尿素为原料，经水热法或电化学剥离法制备得到，碳 量子点的平均粒径在2 · 5-3 · 5nm之间。5. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，碳量子点粉末在混合溶剂 中的质量体积浓度为〇. 1~2mg/mL。6. 根据权利要求1或5所述的制备方法，其特征在于，碳量子点粉末在混合溶剂中的质 量体积浓度为0.25~lmg/mL。7. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1)中，混合溶剂中，乙醇和水的 体积比1:3~3:1。8. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，热处理时，先以0.5~2°C/ 分钟的升温速率升温到240~260°C，再保温1.5~3小时。9. 一种根据权利要求1所述的制备方法得到的碳量子点/钴酸镍复合电极材料。10. 根据权利要求9所述的碳量子点/钴酸镍复合电极材料，其特征在于，其呈毛栗状、 花冠状或杨梅状。
【文档编号】H01M4/36GK105914353SQ201610296455
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年5月6日
【发明人】魏济时, 熊焕明
【申请人】复旦大学