[發明專利]一種Ni基NiO納米片陣列薄膜電極及其制備方法

有效

• 申請號: 201210195337.3
• 申請日: 2012-06-13
• 公開（公告）號: CN102677129A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發明（設計）人: 李綱;張文彥;李廣忠
• 申請（專利權）人: 西北有色金屬研究院
• 主分類號: C25D11/34
• 分類號: C25D11/34;B32B15/04;B32B9/04
• 代理公司: 西安創知專利事務所 61213
• 代理人: 譚文琰

技術領域

本發明屬于無機納米材料技術領域，具體涉及一種Ni基NiO納米片陣列薄膜電極及其制備方法。?

背景技術

NiO由于其來源廣泛、環境友好、電化學性能優良，在電催化和超級電容器等領域有著廣闊的應用前景。NiO電極按其存在形式可分為粉體電極和薄膜電極兩類。將NiO粉體材料制成電極常采用刮刀法，即將先期采用各種方法制得的NiO粉體材料與導電劑、粘結劑均勻混合，進行和漿處理，制成預成型件，然后再采用刮涂法將預成型件和集流基體(通常為泡沫Ni)進行鍵合，再進行壓制(常用壓力為20MPa)，干燥成型后即獲得電極片。?

盡管NiO粉末電極的制備技術相對成熟，但存在如下問題尚需解決：(1)制備工藝復雜，流程長；(2)采用刮刀法制得的NiO電極材料的循環穩定性差，這與其在長期使用過程中易發生形變、粉化和從集流基體上脫落有關。?

NiO薄膜電極則是采用一定的方法在基體上直接獲得NiO，常見的方法有電化學沉積法、溶膠-凝膠法、直流濺射沉積法等。采用這些方法的優勢是可以直接在基體上獲得電活性物質NiO，有效規避了粉體材料制備電極繁瑣的和漿、壓制等步驟，但是也存在如下缺陷：(1)電化學沉積法要求對工藝條件(如沉積所用電壓、電流密度等)控制精確，且存在不能大面積成膜和所獲NiO薄膜與基體結合力差的問題；(2)溶膠-凝膠法獲得的NiO薄膜除了存在與基體結合力差的缺陷之外，還存在凝膠的熱處理過程中容易出現開裂等問題。此外，在溶膠-凝膠的制備過程中多需要使用?有機溶劑，環境不友好；(3)直流濺射法制備的NiO薄膜與基體結合牢固，但對裝置的要求苛刻，制造成本高昂。?

此外，大量研究表明，NiO的電化學性能與其形貌、比表面積、孔結構等因素密切相關。通常具有高比表面積和發達孔隙結構的NiO材料所表現出的電化學性質更加優異。?

因此，如何彌補現有制備方法存在的工藝復雜、對設備要求高、不能大面積成膜等不足，克服NiO電極與Ni基體結合不緊密、比表面積小、孔隙率低、使用壽命短、電化學活性低等缺陷，尋求一種制備方法簡單，具有高比表面積、發達孔隙、與基體結合牢固、電化學性能優良的Ni基晶質NiO電極材料是實現工業化生產的重要關鍵。?

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術的不足，提供一種制備工藝簡單、工藝流程短、生產效率高的Ni基NiO納米片陣列薄膜電極。該Ni基NiO納米片陣列薄膜電極的比表面積大，孔隙結構發達，且NiO納米片陣列薄膜與Ni基體的結合強度高，具有優異的電化學性能和循環穩定性能。?

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：一種Ni基NiO納米片陣列薄膜電極，由Ni基體和覆于所述Ni基體表面的NiO薄膜組成，其特征在于，所述NiO薄膜由垂直于所述Ni基體表面的NiO納米片陣列而成，所述NiO納米片為厚度為20～25nm，邊長為0.5～2.0μm的六邊形片狀結構。?

另外，本發明還提供了一種制備上述Ni基NiO納米片陣列薄膜電極的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：?

步驟一、將Ni基體加工成長度為10mm～40mm、寬度為10mm～30mm、厚度為0.1mm～3mm的片狀，打磨拋光后置于有機溶劑中超聲除油，然后用去離子水清洗干凈，自然風干后得到預處理后的Ni基體；?

步驟二、將步驟一中所述預處理后的Ni基體置于溫度為45℃～65℃的電解液中，以預處理后的Ni基體為陽極，以Pt片為陰極，在電壓為8V～12V的條件下陽極氧化10min～30min，斷電后立即將Ni基體取出清洗，自然風干后，得到Ni基NiO多孔膜；所述電解液為硝酸水溶液；?

步驟三、將步驟二中所述Ni基NiO多孔膜平放在位于水熱反應釜中的聚四氟乙烯平臺上，向水熱反應釜和聚四氟乙烯平臺之間的空隙中添加10mL～30mL的去離子水，將水熱反應釜密封后置于烘箱內進行蒸汽熱處理，斷電冷卻后得到Ni基NiO納米片陣列薄膜電極。?

上述的方法，步驟一中所述Ni基體的質量純度≥99.6％。?

上述的方法，步驟一中所述打磨拋光的具體工藝為：依次使用150#、600#、1000#的砂紙將加工成片狀的Ni基體打磨光亮。?

上述的方法，步驟一中所述有機溶劑為無水甲醇、無水乙醇或丙酮。?

上述的方法，步驟二中所述硝酸水溶液中硝酸的摩爾濃度為0.28mol/L～0.35mol/L。?

上述的方法，步驟三中所述蒸汽熱處理的溫度為160℃～180℃。?

上述的方法，步驟三中所述蒸汽熱處理的時間為3h～20h。?