[發明專利]片層結構的鈷鋁雙氫氧化物--還原氧化石墨烯復合材料的制備及應用

無效

• 申請號: 201310026343.0
• 申請日: 2013-01-24
• 公開（公告）號: CN103093967A
• 公開（公告）日: 2013-05-08
• 發明（設計）人: 吳紅英;魯愛蓮;胡中愛;胡英瑛;徐歡
• 申請（專利權）人: 西北師范大學
• 主分類號: H01G11/24
• 分類號: H01G11/24;H01G11/30;H01G11/86
• 代理公司: 甘肅省知識產權事務中心 62100
• 代理人: 張英荷

技術領域

本發明屬于復合材料技術領域，涉及一種片層結構的鈷鋁雙氫氧化物-還原氧化石墨烯復合材料的制備方法，本發明同時還涉及該鈷鋁雙氫氧化物-還原氧化石墨烯復合材料在制備超級電容器電極中的應用。

背景技術

能源和環境問題是目前人類亟需解決的兩大問題。在化石能源日漸枯竭、環境污染日益嚴重和全球氣候變暖的今天，尋求替代傳統化石能源的可再生綠色能源、謀求人與環境的和諧顯得尤為迫切。超級電容器（又稱電化學電容器）作為一種新型儲能裝置，由于具有功率密度高，充放電速率快，對環境無污染及良好的循環穩定性等許多優點，在新能源系統中占有重要地位。超級電容器的性能主要取決于電極材料。目前所研究的超級電容器電極材料主要包括：雙電層碳基材料和贗電容材料（過渡金屬氧化物、氫氧化物和導電聚合物）。然而，每一種材料作為超級電容器電極材料都有其優缺點。例如過渡金屬氧化物和氫氧化物具有較高的比電容但是穩定性較差,?碳材料雖具有高的功率密度和良好的循環壽命，但其小的雙電層電容性能限制了該材料在超級電容器中的應用。?

石墨烯作為一種新型的碳材料，因其超大而完美的sp²雜化體系使其具有無與倫比的面內電荷傳輸性能，單分子層的厚度又使其具有超高的理論表面積，在發展新型復合材料、構建高性能電化學新能源器件方面受到了廣泛的關注。過渡金屬氫氧化物中，Co(OH)_2?具有很高的理論比電容，自然界中，氫氧化鈷主要以兩種晶型存在:???????????????????????????????????????????????和，但是不穩定，在強堿中容易轉化為，因此，研究者通過同晶替換的方法用其它金屬離子來部分取代氫氧化鈷中的鈷離子以提高的穩定性。其中，?Al由于價格低廉而且具有良好的穩定性，吸引眾多學者著眼于對鈷鋁雙氫氧化物的研究。鈷鋁雙氫氧化物因其造價低、環境友好以及容易生長在各種基底上等特性，已成為超級電容器很有潛力的候選材料。結合二者的特性，制備得到的復合材料作為超級電容器電極材料，不僅能夠實現材料性能和成本的合理利用，并且具有單一電極材料所不具備的優良性能，應用前景十分廣泛。

發明內容

本發明的目的是提供了一種片層結構的鈷鋁雙氫氧化物-還原氧化石墨烯復合材料的制備方法。

本發明的另一目的是提供該片層結構鈷的鋁雙氫氧化物-還原氧化石墨烯復合材料作為超級電容器電極材料的應用。

（一）鈷鋁雙氫氧化物-還原氧化石墨烯復合材料的制備

本發明片層結構的鈷鋁雙氫氧化物-還原氧化石墨烯復合材料的制備方法，是先將Co(NO₃)₂和Al(NO₃)₂溶解到水中形成混合溶液；再將氧化石墨烯（GO）充分超聲分散在水中形成亮黃色溶液，并加入到上述混合溶液中，攪拌20~30h；然后相體系中加入六次甲基四胺（HMT），于100~160℃回流12~24h；反應結束后經過濾、洗滌、在?40~60℃下真空干燥，得到片層結構的鈷鋁雙氫氧化物-石墨烯復合材料（Co-Al-LDH/RGO）。

所述混合溶液中，Co(NO₃)₂與Al(NO₃)₂的質量比為2.5:1~0.5:1。

所述氧化石墨的質量為Co(NO₃)₂、Al(NO₃)₂總質量的1%~6%。

所述六次甲基四胺的加入量為Co(NO₃)₂、Al(NO₃)₂總質量的0.4~0.7倍。

下面通過場發射掃描電鏡（FESEM）、X射線衍射（XRD）以及電化學工作站CHI660B對本發明制備的片層結構的鈷鋁雙氫氧化物-還原氧化石墨烯復合材料的結構及性能繼續進行分析說明，并與同條件下制備的單純的鈷鋁雙氫氧化物及還原氧化石墨烯作對比。

圖1為本發明制備的單純的鈷鋁雙氫氧化物的場發射掃描電鏡圖。由圖1可見，鈷鋁雙氫氧化物呈現出很好的片層結構。圖2為本發明制備的具有最佳組分比的鈷鋁雙氫氧化物-還原氧化石墨烯復合材料的場發射掃描電鏡圖。由圖2可見，復合材料承襲了單純的鈷鋁雙氫氧化物的片層結構，并且層層之間表現的更為疏松，這將有利于電解液離子的嵌入和脫出，有利于提高其電容性能。