本发明属于无机纳米材料领域，具体涉及一种镍铝类水滑石材料和钴铝类水滑石材料的制备方法。
背景技术：
随着社会经济的的发展，迫切需要储能更高的电容器。超级电容器(scs)相比于传统的电容器具有这些优点，目前已经成为重要的储能器件。水滑石又称层状双金属氢氧化物(layereddoublehydroxide,ldh)，其材料的层间离子类型和层间距可以通过一定条件改变，其氧化还原活性高，比较适合作为超级电容器的电极材料。
目前类水滑石材料的制备方法为共沉淀法，但该方法存在以下问题。1、工业上生产1吨的类水滑石就会消耗100吨左右的水，耗水量较大。2、反应时间较长，使用的反应物的量较多，制备方法复杂，副产物较多。3、得到的类水滑石材料的电容值仍然较低。
为了解决上述问题，提出本发明。
技术实现要素：
本发明公开了一种类水滑石材料新型制备方法，即双水解法，相比于现有类水滑石材料的共沉淀制备方法，所制得的类水滑石材料电容值有较大提高，且制备方法简单、环保，副产物少。本发明的技术方案如下：
本发明第一方面公开了一种类水滑石材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将金属盐和偏铝酸盐分别溶于水中，得到金属盐溶液和铝酸盐溶液；
(2)在一定温度和惰性气体保护下，将步骤(1)的金属盐溶液和铝酸盐溶液混合反应，并在反应过程中保持ph值在7以上；
(3)将步骤(2)反应后的混合体系分离洗涤后得到固体物干燥后即得到所述的类水滑石材料。
优选地，所述金属盐为钴盐或镍盐，所述钴盐为硝酸钴，所述镍盐为硝酸镍，所述铝酸盐为偏铝酸钠。由此使得金属阳离子和一部分铝酸根离子各自发生水解，形成复合金属氢氧化物，并且有部分铝酸根离子插层到该水滑石的层间，干燥后即得到所述铝酸根插层的类水滑石材料。
优选地，步骤(2)所述温度为70-100℃；所述惰性气体为氮气；所述ph值在8-11之间。
步骤(3)所述干燥为普通干燥即可，一般真空冷冻干燥效果较好。
本发明第二方面公开了所述的的制备方法制得的类水滑石材料用于增加电容器电容的用途。
本发明的有益效果：
1、本发明的制备方法制得类水滑石材料与普通共沉淀法制得的类水滑石材料相比电容值较高，可以满足储能更高的电容器要求。本发明的制备方法为双水解法，本方法可能通过替换类水滑石插层中的离子，增大了类水滑石层的间距，使更多的电解液离子进入插层中，与电极材料充分接触，从而提高了电容值。类水滑石材料的循环伏安曲线所围成的面积代表了所使用电极材料的电容值。从本发明的双水解法制备的类水滑石材料与传统的共沉淀法制备的类水滑石材料的循环伏安曲线比较可以看出(如图3-图4所示)，本发明双水解法制得的类水滑石材料的电容值明显高于传统的共沉淀法制备的类水滑石材料的电容值，高出达到30％左右。
(2)本发明的制备方法所使用的原料相对简单，反应条件比较宽泛，且副产物少。如本发明的双水解法制备钴铝类水滑石，只需要钴盐和偏铝酸盐即可，ph值控制在碱性范围即可，反应时间在5～30分钟左右。而普通的共沉淀法制备类水滑石材料，需要的原料较多，以钴铝类水滑石制备为例，需要硝酸铝、硝酸钴、氢氧化钠以及碳酸钠等原料，并且ph值控制在8.5左右，反应时间要在12小时以上，且副产物较多。因此本发明的制备方法优势非常明显。
(3)本发明的制备方法反应结束后，洗涤除去吸附在类水滑石材料表面的离子的洗涤用水比传统的共沉淀法的洗涤用水大量减少。按生产1mol锌铝水滑石计算，利用传统共沉淀法将产生18molnacl；而利用本发明的制备方法只产生12mol的nacl。这在极度缺乏淡水但nacl丰富的盐湖地区，本发明的制备方法将会是一个非常有工业前景的制备工艺。
(4)使用本发明的制备方法也可以制备其他类型的类水滑石材料，如锌铝类水滑石材料或铁铝类水滑石材料等。
附图说明
图1中的a为本发明制备方法制得的钴铝类水滑石材料的xrd谱图；图1中的b为传统共沉淀法制得的钴铝类水滑石材料的xrd谱图。
图2中的a为本发明制备方法制得的镍铝类水滑石材料的xrd谱图；图2中的b为传统共沉淀法制得的镍铝类水滑石材料的xrd谱图。
图3中的a为本发明制备方法制得的钴铝类水滑石材料在5mv/s扫速下的循环伏安扫描曲线；图3中的b为传统共沉淀法制得的钴铝类水滑石材料在5mv/s扫速下的循环伏安扫描曲线。
图4中的a为本发明制备方法制得的镍铝类水滑石材料在5mv/s扫速下的循环伏安扫描曲线；图4中的b为传统共沉淀法制得的镍铝类水滑石材料在5mv/s扫速下的循环伏安扫描曲线。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明做进一步描述。需要说明的是，实施例不能作为对本发明保护范围的限制。本领域的技术人员应当理解，在本发明基础上所作的任何改进和变化都在本发明的保护范围之内。
以下实施例所用化学试剂都是常规试剂，均可商购获得。本实施例的铝源均为偏铝酸钠。
实施例1：制备钴铝类水滑石材料
(1)取co(no3)2·6h2o0.6mol倒入a1烧杯并加入40ml去离子水溶解；偏铝酸钠1.2mol倒入b1烧杯并加入40ml去离子水溶解；将a1、b1两烧杯的溶液超声处理10min之后待用。另取20ml去离子水倒入c1烧杯中，向c1烧杯中加入磁搅拌子，并将ph计插入c1烧杯中，将c1烧杯中的温度调整到70℃～100℃，如80℃，将磁搅拌子的转速调整到500转/min，然后将a1，b1烧杯中的溶液分别逐滴滴入到c1烧杯中使其反应，在双滴入过程中维持体系的ph为8～11，且在此过程中有氮气保护。滴入完毕后再搅拌5～30min。
(2)上述步骤完成后，将产物装入离心管中，在8000rpm转速下离心5min；将上层清液去掉后再加入去离子水洗涤，再在10000rpm转速下离心3min。洗涤3次后将固体物隔夜干燥。得到的粉末材料即为所述的钴铝类水滑石材料。
图1中的a为实施例1制备的钴铝类水滑石材料的xrd谱图；图1中的b为传统共沉淀法制得的钴铝类水滑石材料的xrd谱图。从图1可看出，与传统共沉淀法制得的钴铝类水滑石材料相比，实施例1制备的钴铝类水滑石材料在003的峰向左偏移，且峰的宽度变宽，峰的高度变低。推测可能有部分铝酸根离子进入到钴铝类水滑石材料的层间，从而增大了钴铝类水滑石材料的层间距，这样就可以有更多的电解液离子进入插层中充分与电极材料接触，从而提高了电容值。
实施例2：制备镍铝类水滑石材料
(1)取ni(no3)2·6h2o0.6mol倒入a2烧杯并加入40ml去离子水溶解，偏铝酸钠1.2mol倒入b2烧杯并加入40ml去离子水溶解；将a2、b2两烧杯的溶液超声处理10min之后待用。另取20ml去离子水倒入c2烧杯，向c2烧杯中加入磁搅拌子，并将ph计插入c2烧杯中，将c2烧杯中的温度调整到70℃～100℃，如80℃，将磁搅拌子的转速调整到500转/min，然后将a2，b2烧杯中的溶液分别逐滴滴入到c2烧杯中使其反应，在双滴入过程中维持体系的ph为8～11，且在此过程中有氮气保护。滴入完毕后再搅拌5～30min。
(2)上述步骤完成后，将产物装入离心管中，在8000rpm转速下离心5min；将上层清液去掉后再加入去离子水洗涤，再在10000rpm转速下离心3min。洗涤3次后将固体物隔夜干燥。得到的粉末材料即为所述的镍铝类水滑石材料。
图2中的a为实施例2制备的镍铝类水滑石材料的xrd谱图；图2中的b为传统共沉淀法制得的镍铝类水滑石材料的xrd谱图。从图2可看出，与传统共沉淀法制得的镍铝类水滑石材料相比，实施例2制备的镍铝类水滑石材料在003的峰向左偏移，且峰的宽度变宽，峰的高度变低。推测可能有部分铝酸根离子进入到镍铝类水滑石材料层间，从而增大了镍铝类水滑石材料的层间距，这样就可以有更多的电解液离子进入插层中充分与电极材料接触，从而提高了电容值。
实施例3：循环伏安曲线测试电容值
上述实施例1和2制备的类水滑石材料以及传统共沉淀法制备的类水滑石材料均为粉末状，进行电化学测试时需将粉末材料负载在集流体上，本实施例的集流体选用的是泡沫镍。工作电极的制备方法如下：将类水滑石的粉末材料、导电石墨粉末和ptfe(聚四氟乙烯)粉末以质量比5：1：1混合，加入无水乙醇，超声处理2h后使其完全混合。剪取已经除去表面氧化膜的泡沫镍，大小为1×4cm。将上述混合物滴在1×1cm的泡沫镍上，在红外灯下烘干，然后用压片机压片，即得到测试所用的工作电极。
电解溶液选用的是6mol/l的koh溶液，参比电极为汞-氧化汞电极，对电极选用的铂片电极。
图3中的a为实施例1制得的钴铝类水滑石材料在5mv/s扫速下的循环伏安扫描曲线，图3中的b为传统共沉淀法制得的钴铝类水滑石材料在5mv/s扫速下的循环伏安扫描曲线。从图3可以明显地看出：循环伏安扫描曲线a围成的面积明显大于循环伏安扫描曲线b围成的面积，大出约30％的面积。即实施例1的双水解法制得的钴铝类水滑石材料的电容值明显高于传统的共沉淀法制备的钴铝类水滑石材料的电容值。
图4中的a为实施例2制得的镍铝类水滑石材料在5mv/s扫速下的循环伏安扫描曲线，图4中的b为传统共沉淀法制得的镍铝类水滑石材料在5mv/s扫速下的循环伏安扫描曲线。从图4可以明显地看出：循环伏安扫描曲线a围成的面积也明显大于循环伏安扫描曲线b围成的面积，大出的面积在30％以上。即实施例2的双水解法制得的镍铝类水滑石材料的电容值明显高于传统的共沉淀法制备的镍铝类水滑石材料的电容值。