一种NiO纳米片/超细纳米线超级电容器材料的制备方法

摘要

本发明涉及一种NiO纳米片/超细纳米线超级电容器材料的制备方法，包括：将泡沫镍放入盐酸溶液中，超声处理，洗涤，得到处理后的泡沫镍；将六水合硝酸镍、脲素和水混合，搅拌，得到前躯体溶液；将处理后的泡沫镍放入前躯体溶液中，进行水热反应，反应温度为120℃，时间为6-8h，冷却至室温，收集泡沫镍，洗涤，干燥，然后升温后退火，即得。本发明制备方法操作简单，不需要复杂设备，成本低廉；制备得到的NiO电极材料为由纳米片以及超细纳米线组成的复合分级结构，不仅具有较高比电容，同时具有良好的倍率性能以及优越的电化学稳定性，是一种优异的超级电容器电极材料。

说明书

技术领域

本发明属于电容器材料的制备领域，特别涉及一种NiO纳米片/超细纳米线超级电容器材 料的制备方法。

背景技术

面对全球经济的迅速发展，化石燃料的过度消耗以及环境污染的与日俱增，人们迫切需 要高效，清洁以及可持续的能源以及能够满足能够利用这些能源的能量转换和存储的新技术。 在许多应用领域，能够用于电化学转换和存储的高效、清洁、实用的新技术包括燃料电池， 太阳能电池，锂离子电池以及超级电容器等。各国都投入了大量的人力、物力、财力来研发 新型的能源材料及储能装置。作为一种新型的储能装置，超级电容器，又称电化学电容器， 由于其功率密度高、循环使用寿命长、对环境无公害，可以弥补电池和燃料电池等其他能源 设备的不足，因此受到各界的青睐。

众所周知，电极材料是超级电容器组成中至关重要的一部分。碳材料具有成本低、循环 寿命长等优点，但是其比电容很低，因此其应用受到了很大的限制；过渡金属氧化物由于通 过快速的表面氧化还原反应来储存能量，致使其比电容较高，因此被认为是最理想的电极材 料。在过渡金属氧化物电极材料中，氧化镍被认为是最具吸引力的选择，因为它具有低成本， 环境友好，表面和结构可控，最重要的是，NiO具有很高的理论比电容(2584F/g)。目前各 种形貌的氧化镍电极材料都已被制备，而且方法多样。然而，已经报道的NiO的比电容值都 远远低于其理论比电容值(J.Power Sources,2014,246,24；J.Mater.Chem.,2012,22,14276.)， 这是由于NiO的电子电导率比较低。发展一维以及介孔纳米材料是提高比电容的方法之一， 这类材料具有高比表面积，电子和离子扩散途径短的特点，因此具有较高的充电/放电效率， 从而使其比电容得到提高。相信通过简单的水热处理，合成的NiO纳米片/超细纳米线，将在 提高电化学电容器的性能，解决能源紧缺方面做出贡献。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种NiO纳米片/超细纳米线超级电容器材料的制备 方法，本发明制备得到的电容器材料具有较高的比电容，良好的倍率性能以及优越的电化学 稳定性；制备操作简单，不具备复杂设备，成本低廉。

本发明的一种NiO纳米片/超细纳米线超级电容器材料的制备方法，包括：

(1)将泡沫镍放入盐酸溶液中，超声处理，除去表面的NiO层，洗涤至中性，得到处理后 的泡沫镍，为NiO纳米片/超细纳米线结构生长的基底；

(2)将六水合硝酸镍、脲素和水混合，搅拌，得到淡绿色的前躯体溶液，获得NiO纳米片 /超细纳米线生长的反应混合溶液，其中六水合硝酸镍、脲素、水的比例关系为0.3g： 0.9-1g：45-50ml；

(3)将处理后的泡沫镍放入前躯体溶液中，进行水热反应，反应温度为120～140℃，时间 为6-8h，冷却至室温，收集泡沫镍，洗涤，干燥，然后升温后退火，即得NiO纳米片 /超细纳米线超级电容器材料。

所述步骤(1)中泡沫镍大小为3-5cm×1cm。

所述步骤(1)中盐酸浓度为5-6mol/L。

所述步骤(1)中超声处理时间为20-30min。

所述步骤(2)中搅拌时间为30-40min。

所述步骤(3)中水热反应在反应釜中进行，前躯体溶液为反应釜体积的80％；反应釜容积为 60ml。

所述步骤(3)中水热反应为将水热反应釜置于烘箱进行反应。

所述步骤(3)中洗涤为分别用乙醇、去离子水冲洗3-5次。

所述步骤(3)中升温后退火在马弗炉中进行，升温速率为2-3℃/min，升温至350-380℃，退 火时间为2-3h。

有益效果

(1)用本发明的方法制备得到的NiO电极材料为由纳米片以及超细纳米线组成的复合分级 结构，不仅具有较高比电容，同时具有良好的倍率性能以及优越的电化学稳定性，是一种优 异的超级电容器电极材料；

(2)本发明NiO的制备方法操作简单，不需要复杂设备，成本低廉。

附图说明

图1为本发明中制备的NiO纳米片/超细纳米线的扫描电镜图片；

图2为本发明中制备的NiO纳米片/超细纳米线的透射电镜图片；

图3为本发明中制备的NiO纳米片/超细纳米线的XRD图片；

图4为本发明中制备的NiO纳米片/超细纳米线循环伏安图片。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不 用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可 以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

(1)将泡沫镍裁剪成4cm×1cm大小，然后放在6mol/L盐酸溶液中，超声反应20分钟， 除去表面的NiO层，并将处理过的泡沫Ni用去离子水和无水乙醇洗涤至中性，

(2)称取原料0.3g六水合硝酸镍和0.9g脲素溶解于48ml水中，并搅拌30分钟，制得混合 溶液；

(3)将上述混合溶液倒入聚四氟乙烯水热反应釜中，保持约80％的填充度，将一片经(1) 处理的泡沫Ni置于其中，并将所述水热反应釜放入鼓风干燥箱中，120℃条件下反应6小时， 后冷却反应釜至室温。

(4)收集泡沫Ni，分别用去离子水和乙醇溶剂冲洗，并干燥；将干燥后的样品放入马弗炉 中，以2℃/min的加热速度升高到350℃退火2小时，所得到的最终绿色样品为超级电容器 氧化镍电极材料。该电极材料表现出优异的电化学性能。

实施例2

(1)将泡沫镍裁剪成4cm×1cm大小，然后放在6mol/L盐酸溶液中，超声反应20分钟， 除去表面的NiO层，并将处理过的泡沫Ni用去离子水和无水乙醇洗涤至中性，

(2)称取原料0.3g六水合硝酸镍和1.0g脲素溶解于48ml水中，并搅拌30分钟，制得混合 溶液；

(3)将上述混合溶液倒入聚四氟乙烯水热反应釜中，保持约80％的填充度，将一片经(1) 处理的泡沫Ni置于其中，并将所述水热反应釜放入鼓风干燥箱中，120℃条件下反应6小时， 后冷却反应釜至室温。

(4)收集泡沫Ni，分别用去离子水和乙醇溶剂冲洗，并干燥；将干燥后的样品放入马弗炉 中，以2℃/min的加热速度升高到350℃退火2小时，所得到的最终绿色样品为超级电容器 氧化镍电极材料。该电极材料表现出优异的电化学性能。

实施例3

(1)将泡沫镍裁剪成4cm×1cm大小，然后放在6mol/L盐酸溶液中，超声反应20分钟， 除去表面的NiO层，并将处理过的泡沫Ni用去离子水和无水乙醇洗涤至中性，

(2)称取原料0.3g六水合硝酸镍和0.9g脲素溶解于48ml水中，并搅拌30分钟，制得混合 溶液；

(3)将上述混合溶液倒入聚四氟乙烯水热反应釜中，保持约80％的填充度，将一片经(1) 处理的泡沫Ni置于其中，并将所述水热反应釜放入鼓风干燥箱中，120℃条件下反应7小时， 后冷却反应釜至室温。

(4)收集泡沫Ni，分别用去离子水和乙醇溶剂冲洗，并干燥；将干燥后的样品放入马弗炉 中，以2℃/min的加热速度升高到350℃退火2小时，所得到的最终绿色样品为超级电容器 氧化镍电极材料。该电极材料表现出优异的电化学性能。

实施例4

(1)将泡沫镍裁剪成4cm×1cm大小，然后放在6mol/L盐酸溶液中，超声反应20分钟， 除去表面的NiO层，并将处理过的泡沫Ni用去离子水和无水乙醇洗涤至中性，

(2)称取原料0.3g六水合硝酸镍和1.0g脲素溶解于48ml水中，并搅拌30分钟，制得混合 溶液；

(3)将上述混合溶液倒入聚四氟乙烯水热反应釜中，保持约80％的填充度，将一片经(1) 处理的泡沫Ni置于其中，并将所述水热反应釜放入鼓风干燥箱中，120℃条件下反应8小时， 后冷却反应釜至室温。

(4)收集泡沫Ni，分别用去离子水和乙醇溶剂冲洗，并干燥；将干燥后的样品放入马弗炉 中，以2℃/min的加热速度升高到350℃退火2小时，所得到的最终绿色样品为超级电容器 氧化镍电极材料。该电极材料表现出优异的电化学性能。