一种片组装立方体Ni(OH)2/GO复合材料的制备方法与流程

本发明涉及复合材料，具体涉及一种具有片组装立方体形貌的复合材料的制备方法。

背景技术：

由于氢氧化镍具有出色的电化学性能，自1887年首次作为碱性电池的正极材料以来，被广泛用作二次电池的正极材料，是MH-Ni电池的主要正极活性材料。与传统的贵金属氧化物电极材料相比，氢氧化镍具有原料易得，价格低廉，易于制备，且环境友好等优点。但氢氧化镍作为电极材料而言，同时具有循环性能低、阻抗高的缺点，这些缺点限制了它的进一步发展。

目前金属氧化物改善措施分为两类，分别是纳米化与复合化。纳米化是指至少把材料三维尺寸中的一维减少到纳米尺度范围之内，相应的就会出现零维(0D)、一维(1D)和二维(2D)纳米结构的金属氧化物。另一重要手段是把活性物质与其它辅助物进行复合。辅助物在复合材料中往往起到两个重要的作用，分别是提高活性物质的电子导电性和稳定活性物质的结构，维护活性物质间和活性物质与集流器间的电接触。石墨烯作为结构特殊的碳材料，具有高导电性、高机械性能和高比表面积，能够缩短离子和电子的传递路径，是理想的提高金属氧化物比表面积和导电性的材料。所以研究者们常把石墨烯和氢氧化镍制备成复合材料，如氢氧化镍纳米片/石墨烯、花状氢氧化镍/石墨烯、氢氧化镍纳米线/石墨烯等，一定程度上可以提高材料的结构稳定性和导电性。

目前已有的Ni(OH)₂/GO复合材料的形貌大多数为花球状，尚未见到利用一步水热法制备具有片组装立方体形貌的Ni(OH)₂/GO复合材料的报道。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种片组装立方体Ni(OH)₂/GO复合材料的制备方法。

为达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：

步骤一：前驱体溶液的配制

将0.1-0.5g氧化石墨烯分散至300mL去离子水中，通过超声使氧化石墨烯分散均匀，得到氧化石墨烯母液；量取60mL氧化石墨烯母液，用60-180mL去离子水稀释该母液，得到氧化石墨烯分散液；

取60-90mL氧化石墨烯分散液，将沉淀剂溶解至该分散液中后继续加入镍盐，搅拌至镍盐全部溶解，得到溶液A；另取60-90mL氧化石墨烯分散液，将形貌诱导剂溶解至该分散液中，得到溶液B，形貌诱导剂选自半胱氨酸；在搅拌的状态下将溶液B加入到溶液A中，然后继续搅拌30-60min，得到前驱体溶液；

步骤二：Ni(OH)₂/GO复合材料的制备

将步骤一中得到的前驱体溶液以一定的填充比加入水热釜后进行水热反应，水热反应后自然冷却，然后将反应产物离心；将离心分离所得沉淀洗涤后烘干，即得到片组装立方体Ni(OH)₂/GO复合材料。

所述形貌诱导剂在溶液B中的终浓度为0.001-0.05mol/L。

所述镍盐选自六水合硝酸镍，镍盐在溶液A中的终浓度为0.1-0.5M。

所述沉淀剂选自尿素，沉淀剂在溶液A中的终浓度为0.6-5M。

所述水热反应的温度为80-180℃，保温时间为6-24h。

所述填充比为30-50％。

所述烘干的温度条件为30-70℃。

与现有的技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明以半胱氨酸为形貌诱导剂，采用一步水热法制备了片组装立方体Ni(OH)₂/GO复合材料，工艺简单，反应温度和反应时间易控制，成本低廉。

附图说明

图1为所得Ni(OH)₂/GO复合材料的XRD谱图。

图2为所得Ni(OH)₂/GO复合材料的SEM照片；在图2中，标尺为2μm，图2中左下角方格内是图2中画圈部分的放大图。

图3为所得Ni(OH)₂/GO复合材料的TEM照片；在图3中，标尺为5nm，图3中左上角是复合材料的标尺为1000nm的TEM照片。

图4为所得Ni(OH)₂/GO复合材料和GO的Raman图谱。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的说明。所述实施例是对本发明的解释，而不是限定。

本发明首先采用机械搅拌工艺将沉淀剂与镍盐溶解在氧化石墨烯(GO)分散液中搅拌均匀；接着，在搅拌状态下，将形貌诱导剂溶解在相同氧化石墨烯分散液中后滴加入上述溶液，继续搅拌；最后，采用传统水热的方法，将氢氧化镍与石墨烯复合，最终，制得片组装立方体形貌的Ni(OH)₂/GO复合材料。具体由以下步骤实现，参见实施例。

实施例1：

步骤一：前驱体溶液的配制

将0.15g氧化石墨烯分散至300mL去离子水中，超声60min得到氧化石墨烯母液。量取60mL母液，加入90mL去离子水稀释，得到氧化石墨烯分散液。

取75mL氧化石墨烯分散液，将终浓度为0.8M的尿素溶解至其中，继续加入终浓度为0.1M的六水合硝酸镍，搅拌至其全部溶解，得到溶液A。另取75mL的氧化石墨烯分散液，将终浓度为0.018mol/L的半胱氨酸溶解至其中，搅拌至其全部溶解，得到溶液B。

在搅拌的状态下将溶液B缓慢滴加到溶液A中，全部滴加结束后，在室温下快速搅拌30min，得到前驱体溶液。

步骤二：Ni(OH)₂/GO复合材料的制备

将步骤一中得到的前驱体溶液以35％的填充比加入80mL水热釜中，160℃保温24h，自然冷却后，取出样品离心。将离心分离所得沉淀分别水洗、醇(例如，乙醇)洗3次以上。将离心管中的物质转移至表面皿，60℃烘干，即得到片组装立方体Ni(OH)₂/GO复合材料。

实施例2：

步骤一：前驱体溶液的配制

将0.15g氧化石墨烯分散至300mL去离子水中，超声60min得到氧化石墨烯母液。量取60mL母液，加入90mL去离子水稀释，得到氧化石墨烯分散液。

取75mL氧化石墨烯分散液，将终浓度为1.5M的尿素溶解至其中，继续加入终浓度为0.15M的六水合硝酸镍，搅拌至其全部溶解，得到溶液A。另取75mL的氧化石墨烯分散液，将终浓度为0.018mol/L的半胱氨酸溶解至其中，搅拌至其全部溶解，得到溶液B。

在搅拌的状态下将溶液B缓慢滴加到溶液A中，全部滴加结束后，在室温下快速搅拌30min，得到前驱体溶液。

步骤二：Ni(OH)₂/GO复合材料的制备

将步骤一中得到的前驱体溶液以40％的填充比加入80mL水热釜中，160℃保温20h，自然冷却后，取出样品离心。将离心分离所得沉淀分别水洗、醇洗3次以上。将离心管中的物质转移至表面皿，60℃烘干，即得到片组装立方体Ni(OH)₂/GO复合材料。

实施例3：

步骤一：前驱体溶液的配制

将0.15g氧化石墨烯分散至300mL去离子水中，超声60min得到氧化石墨烯母液。量取60mL母液，加入90mL去离子水稀释，得到氧化石墨烯分散液。

取75mL氧化石墨烯分散液，将终浓度为1.8M的尿素溶解至其中，继续加入终浓度为0.2M的六水合硝酸镍，搅拌至其全部溶解，得到溶液A。另取75mL的氧化石墨烯分散液，将终浓度为0.018mol/L的半胱氨酸溶解至其中，搅拌至其全部溶解，得到溶液B。

在搅拌的状态下将溶液B缓慢滴加到溶液A中，全部滴加结束后，在室温下快速搅拌30min，得到前驱体溶液。

步骤二：Ni(OH)₂/GO复合材料的制备

将步骤一中得到的前驱体溶液以45％的填充比加入80mL水热釜中，180℃保温24h，自然冷却后，取出样品离心。将离心分离所得沉淀分别水洗、醇洗3次以上。将离心管中的物质转移至表面皿，60℃烘干，即得到片组装立方体Ni(OH)₂/GO复合材料。

实施例4：

步骤一：前驱体溶液的配制

将0.15g氧化石墨烯分散至300mL去离子水中，超声60min得到氧化石墨烯母液。量取60mL母液，加入90mL去离子水稀释，得到氧化石墨烯分散液。

取75mL氧化石墨烯分散液，将终浓度为0.6M的尿素溶解至其中，继续加入终浓度为0.2M的六水合硝酸镍，搅拌至其全部溶解，得到溶液A。另取75mL的氧化石墨烯分散液，将终浓度为0.015mol/L的半胱氨酸溶解至其中，搅拌至其全部溶解，得到溶液B。

在搅拌的状态下将溶液B缓慢滴加到溶液A中，全部滴加结束后，在室温下快速搅拌30min，得到前驱体溶液。

步骤二：Ni(OH)₂/GO复合材料的制备

将步骤一中得到的前驱体溶液以40％的填充比加入80mL水热釜中，180℃保温20h，自然冷却后，取出样品离心。将离心分离所得沉淀分别水洗、醇洗3次以上。将离心管中的物质转移至表面皿，60℃烘干，即得到片组装立方体Ni(OH)₂/GO复合材料。

总之，本发明以半胱氨酸为形貌诱导剂，将氧化石墨烯直接加入溶剂中，通过水热法一步制得具有片组装立方体形貌的Ni(OH)₂/GO复合材料(参见图1、图4)，利用片组装立方体结构Ni(OH)₂巨大的比表面积(参见图2、图3)以及石墨烯良好的导电性，能够应用在超级电容器等领域。