[發明專利]一種介孔氧化鎳/碳復合納米材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201410367910.3
• 申請日: 2014-07-29
• 公開（公告）號: CN104183392A
• 公開（公告）日: 2014-12-03
• 發明（設計）人: 馬立夢;沈紹典;王麗;毛東森;盧冠忠
• 申請（專利權）人: 上海應用技術學院
• 主分類號: H01G11/86
• 分類號: H01G11/86;H01G11/24;H01G11/36
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 吳寶根;馬文峰

技術領域

本發明屬于無機材料合成，制備電極材料的領域，具體涉及一種介孔氧化鎳/碳復合納米材料及其制備方法。

背景技術

超級電容器作為一種介于傳統電容器和鋰離子電池之間的新型儲能體系，其功率密度顯著高于鋰離子電池，能量密度是傳統電容器的10~100倍,安全系數高，充放電循環壽命長，工作溫度范圍寬，經濟環保免維護等優點。介孔材料作為一種新興的固體多孔材料，不僅具有孔道大小均一、排列有序、孔徑可以在2~50nm內連續調節等重要特征，而且還具有較大的孔容、高的比表面積、孔道表面可進行物理吸附或化學修飾及較好的水熱穩定性等特點。過度金屬氧化物由于具有較高的理論比容量、價格低廉且易獲得，成為重要過的電極材料，但是由于導電率低、循環穩定性差，使其很難規模化運用，針對它的這些問題，可以通過摻雜或與碳材料復合進行改進。因為碳材料的導電率高、比表面積大、柔韌性好等優點。同時碳層可以提高金屬氧化物電極材料的整體導電性，而且碳層和金屬氧化物具有協同效應，可以提高比容量和速率比容量。

?NiO是一種3d?過渡金屬氧化物，是一種典型的直接寬帶隙p型半導體，通常情況下禁帶寬度在?3.6eV~4.0eV之間。NiO由于具有較高的理論比電容以及較好的熱穩定性，被認為是超級電容器的候選電極材料之一。但是由于NiO導電率比較低，限制了其在超級電容器上的應用，而碳的導電率非常的好，所以把兩者結合可以提高材料的性能，同時，將氧化鎳/碳制備成具有高比表面積、大孔徑，大孔體積的多孔納米材料將有利于增加電子的傳輸效率，從而提高作為電化學超級電容器的電容量性能。

樊楨等以直接生長在集流體（石墨）上的碳納米管為載體，采用硝酸鎳高溫熱解方法，成功合成了具有三維多孔結構的NiO/CNT/G復合物電極。電極展現了非常高的利用率和電化學超電容活性，其電位窗口達到1.7V，最高比容量可以達到479?F/g，保留了氧化鎳高的電容行為和碳材料的電化學性能，但是由于這種制備方法需要采用難以工業化的碳納米管，因而不適于規模生產。（樊楨，陳金華，張炳，劉博，曠亞非.超級電容器用氧化鎳/碳納米管復合物電極材料研究[J].中國科技論文在線，2009.）。

張海軍等采用采用殼聚糖為碳源，制備了富含介孔的多孔碳材料，并在此基礎上利用殼聚糖對金屬離子的絡合作用，通過對殼聚糖的預處理制備了多孔C/NiO復合材料。在電流密度為0.1A/g下電容達355?F/g,但是在大電流密度下電容量降低，該電極材料的比表面積達到了418m²/g。（張海軍，張校剛，原長洲，高?博，孫?康，傅清賓，盧向軍，蔣劍春.水溶性殼聚糖制備多孔碳，氧化鎳復合材料及其電化學電容行為[J].物理化學學報，2011,27（2），455-460）。

宋懷河等通過將碳納米管在鎳鹽乙醇溶液中浸漬，進行還原并進一步焙燒處理等過程，得到碳納米管/氧化鎳復合材料，其中，碳納米管與氧化鎳的質量比為9:1-2:3。由于碳納米管與氧化鎳的質量比不同使電容量從120-400?F/g變化。由于該這種制備方法需要采用難以工業化生產的碳納米管，因而不適于規模化生產（宋懷河，徐繼勇，陳曉紅.一種碳納米管?/氧化鎳復合材料及其超級電容器:中國，CN103560018A[P].?2014-02-05）。

胡俊青等利用乙酸鎳、尿素和聚乙烯吡咯烷酮得到氧化鎳之后溶于葡萄糖溶液中攪拌得到NiO/C多孔電極材料，這種多孔和材料具有高的比表面積，同時碳層可以提高NiO電極材料的整體導電性，而且碳層和NiO具有協同效應，可以提高比容量和速率比容量。但是用此方法，步驟多且復雜，而且水熱反應不易控制。（胡俊青，徐開兵，鄒儒佳，李文堯，安磊.一種超級電容器電極材料碳包覆氧化鎳NiO/C的制備方法.中國：CN?103219169?A[P].?2013-07-24）。

綜上所述，目前采用的水熱法，硬模板法等方法雖然成功合成出了各種納米結構的氧化鎳/碳材料的復合物，但是其合成過程不易控制，且合成過程復雜，最終得到的氧化鎳/碳復合納米材料具有比表面積小，不利于電子/離子的遷移等缺點，因此目前迫切需要研究一種制備過程簡單，且最終所得的介孔氧化鎳/碳復合納米材料具有大比表面積、高孔體積以及大孔徑的介孔氧化鎳/碳復合納米材料的制備方法。

發明內容