[發明專利]一種3D珊瑚狀石墨烯/NiCo2O4復合材料的應用

在審

• 申請號: 201410848880.8
• 申請日: 2014-12-31
• 公開（公告）號: CN104599851A
• 公開（公告）日: 2015-05-06
• 發明（設計）人: 李在均;嚴濤;蔡金飛;張明
• 申請（專利權）人: 江蘇江大環保科技開發有限公司
• 主分類號: H01G11/24
• 分類號: H01G11/24;H01G11/30;H01G11/38;H01G11/86
• 代理公司: 無
• 代理人: 無

技術領域

本發明屬于化工領域，特別涉及一種3D珊瑚狀石墨烯/NiCo₂O₄復合材料的應用。

背景技術

超級電容器是上世紀七、八十年代發展起來的一種新型的儲能裝置，是一種介于傳統電容器與電池之間具有特殊性能的電源，主要依靠雙電層和氧化還原準電容儲存電能，因而不同于傳統的化學電源。超級電容器的突出優點是功率密度高、充電時間短、循環壽命長和工作溫度范圍寬，在國防、鐵路、電動汽車電子、通訊、航空航天等領域具有廣泛應用前景。根據儲能機理的不用，超級電容器可分為雙電層電容器和法拉第準電容器。前者利用電子和離子或偶極子在電極/溶液表面的定向排列所產生的雙電層來儲存電荷，后者則是通過電化學活性物質在電極表面或體相的準二維空間內發生化學吸附、脫附或氧化還原反應引起的法拉第準電容。在相同的體積或重量的情況下，法拉第準電容比電容量往往是雙電層電容比電容量的10~100倍以上（Hao?Jiang,?Jan?Ma?and?Chunzhong?Li,?Chem.?Commun.,?2012,?48,?4465-4467）。因此，電極材料的性能直接決定電容器的儲能品質。

目前，應用于超級電容器的材料主要有碳基材料（活性炭、碳納米管、炭氣凝膠、石墨烯）、過渡金屬氧化物和導電聚合物（聚苯胺）。不同材料都存在各自的優缺點，如碳基材料具有極大的比表面積、極小的雙電層間距及高循環壽命，但放電容量較低。導電聚合物價格低廉，但熱穩定性、化學穩定性和可循環性較差，在一定程度上限制了其應用。NiCo₂O₄過渡金屬氧化物由于比電容量高、成本低以及無毒無污染已廣泛被研究作為新型高性能超級電容材料（于麗秋，陳書禮，常莎，李云虎，高胤義，王貴領，曹殿學，物理化學學報，2011，27（3）：615-619）。然而，現有技術制備的NiCo₂O₄過渡金屬氧化物納米粒子易聚集成較大顆粒，使材料的比表面減少，電解液與電活性成分不能充分接觸，且導電性和穩定性還不夠理想，從而導致該材料的超級電容性能顯著降低，不能滿足高性超級電容的需要。石墨烯由于優異的導電性及結構穩定性被廣泛應用在材料的制備中，研究顯示，石墨烯基的復合材料具有更好的高倍率性能和循環穩定性（Guang-yu?He,?Lin?Wang,?Hai-qun?Chen,?Xiao-qiang?Sun,?Xin?Wang,?Materials?Letters,?2013,?98,?164-167）。因此，建立一種石墨烯基NiCo₂O₄復合材料的制備方法勢在必行。

發明內容

本發明要解決的技術問題就是針對現有制備GS/NiCo₂O₄復合材料易于嚴重團聚且費時耗能，在電化學反應中傳質速度慢等不足，提供一種新的3D珊瑚狀GS/NiCo₂O₄復合材料的制備方法。方法顯著地改善了GS/NiCo₂O₄復合材料的比表面、結構的穩定性和可控性，還綠色環保，節能，不會造成環境污染。

為達到以上目的，本發明采用的技術方案是：

一種3D珊瑚狀石墨烯/NiCo₂O₄復合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

1）利用改進的Hummers法制備氧化石墨（GO），并將其分散于乙醇溶液，加入鎳鹽和鈷鹽，超聲分散；

2）將步驟1）中超聲后的分散液轉移到微波加熱裝置，在微波下加熱至回流，加入堿源并反應，冷卻，離心分離，收集沉淀，以無水乙醇洗滌，然后干燥，制得GO/鎳鈷層狀雙金屬氫氧化物復合材料；

3）將步驟2）中所制得GO/鎳鈷層狀雙金屬氫氧化物轉入管式爐中，煅燒后，收集沉淀，得到3D珊瑚狀石墨烯/NiCo₂O₄復合材料；

進一步地，所述的乙醇溶液中無水乙醇與水體積比為10:?0~7:?3，所述的鎳鹽和鈷鹽為含有正二價鎳離子的硫酸鹽或硝酸鹽以及含正二價鈷離子的硫酸鹽或硝酸鹽，鎳鹽與鈷鹽的質量比為1:?2,?所述氧化石墨GO添加量占鎳鹽和鈷鹽總質量的0.5-3.5%。

進一步地，所述的微波輔助加熱裝置的微波加熱功率在200?-600W之間，所述的微波反應時間在3~20?min。