[發(fā)明專利]一種鎳鋁水滑石空殼三維納米結(jié)構(gòu)材料的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610703327.4
• 申請(qǐng)日: 2016-08-22
• 公開（公告）號(hào): CN106335931B
• 公開（公告）日: 2018-01-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王艷;蔣昆;陳澤祥;李海;張繼君
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): C01G53/00
• 分類號(hào): C01G53/00;B82Y40/00
• 代理公司: 成都弘毅天承知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司51230
• 代理人: 楊保剛

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無機(jī)納米材料合成領(lǐng)域，涉及一種鎳鋁水滑石空殼三維納米結(jié)構(gòu)材料的制備方法。

背景技術(shù)

層狀雙羥基復(fù)合金屬氧化物(Layered double hydroxides,簡(jiǎn)寫LDHs)，又稱水滑石，是一種低成本、高氧化還原活性、環(huán)境友好的材料。其分子式為[M²⁺_1-xM³⁺_x(OH)₂]^x+(A^m-)_x/m·nH₂O，是一類層狀結(jié)構(gòu)材料，由帶正電荷的層板和層間的陰離子構(gòu)成。由于水滑石的層狀結(jié)構(gòu)，以及層間陰離子種類和數(shù)量的可調(diào)性，使其具備多功能性，有巨大的應(yīng)用前景。在新能源方面，水滑石的層狀結(jié)構(gòu)使得其具備雙電層電容的特性，層板中金屬陽離子的電化學(xué)特性使得其具備贗電容的特性，因此水滑石在超級(jí)電容器中有巨大的應(yīng)用前景。

目前，人們利用共沉降法和離子交換法等方法，合成了一系列的水滑石，例如在申請(qǐng)?zhí)枮?01410196503.0的專利中，公開了一種微球形中空結(jié)構(gòu)鎳基加氫催化劑及其制備方法，得到的材料具有內(nèi)部空腔的結(jié)構(gòu)。另外在申請(qǐng)?zhí)枮?01110157162.2的專利中，公開了一種納米級(jí)空殼球狀水滑石的制備方法，實(shí)現(xiàn)了三維空殼水滑石納米微球的制備。

在以上專利以及其他空心結(jié)構(gòu)水滑石的制備文獻(xiàn)以及發(fā)明專利中，實(shí)現(xiàn)了水滑石在球形模板上的生長，最終得到的空心球由水滑石納米片組成，納米片在球形表面呈現(xiàn)出由中心到外部的輻射狀排列，該結(jié)構(gòu)的水滑石材料具有比表面積大的優(yōu)點(diǎn)，可在催化、傳感器、電池、電容器方面得到應(yīng)用。然而在電池以及電容器方面的應(yīng)用中，該結(jié)構(gòu)在充放電過程中無法避免變形及晶枝的生長，材料結(jié)構(gòu)不夠穩(wěn)定，易坍塌，導(dǎo)致比表面積減小，使其使用壽命降低。因此改進(jìn)水滑石的結(jié)構(gòu)，得到更加穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)在提升材料電化學(xué)性能中顯得尤為重要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于：針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種鎳鋁水滑石空殼三維納米結(jié)構(gòu)材料的制備方法，制備的鎳鋁水滑石具有良好的機(jī)械穩(wěn)定性，并且比表面積大，不容易團(tuán)聚。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種鎳鋁水滑石空殼三維納米結(jié)構(gòu)材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)將氯化鎳和油酸鹽加入水和有機(jī)溶劑的混合液中，進(jìn)行離子交換反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后去除水相，蒸發(fā)去掉有機(jī)相中的有機(jī)溶劑，得到蠟狀固體，即為油酸鎳；將氯化鋁和油酸鹽加入水和有機(jī)溶劑的混合液中，進(jìn)行離子交換反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后去除水相，蒸發(fā)去掉有機(jī)相中的有機(jī)溶劑，得到蠟狀固體，即為油酸鋁；

(2)將正硅酸乙酯加入乙醇和氨水中反應(yīng)，反應(yīng)得到的液體離心清洗、干燥后得到SiO₂微球；

(3)將步驟(1)得到的油酸鎳和油酸鋁、步驟(2)得到的SiO₂微球和尿素加入乙醇和水的混合溶液中，在50-220℃下反應(yīng)12-24h，將反應(yīng)產(chǎn)物離心清洗、干燥，得到包覆鎳鋁水滑石的SiO₂復(fù)合結(jié)構(gòu)粉末；

(4)將步驟(3)得到的包覆鎳鋁水滑石的SiO₂復(fù)合結(jié)構(gòu)粉末加入氫氧化鈉溶液中，攪拌反應(yīng)，然后離心清洗、干燥，得到的粉末即為鎳鋁水滑石空殼三維納米結(jié)構(gòu)材料。

作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述步驟(1)中，油酸鹽為油酸鈉，有機(jī)溶劑為正己烷。

作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述步驟(3)中，加入的油酸鎳和油酸鋁與SiO₂微球的質(zhì)量比為8-10:1-5:1。

作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述步驟(4)中，氫氧化鈉溶液的濃度為1-4mol/L，攪拌反應(yīng)1-4h。

本發(fā)明的有益效果在于：

本發(fā)明利用油酸鎳和油酸鋁在SiO₂微球模板上，通過水熱法原位生長出鎳鋁水滑石，最后去掉SiO₂微球，得到鎳鋁水滑石空殼三維納米結(jié)構(gòu)材料；該材料具有球形特征，在球形結(jié)構(gòu)表面鎳鋁水滑石呈納米條狀并且縱橫交錯(cuò)最終呈現(xiàn)出“編織狀”，該“編織狀”結(jié)構(gòu)具有良好的機(jī)械穩(wěn)定性，并且大大增加了水滑石的比表面積，增強(qiáng)了活性，避免了團(tuán)聚。

本發(fā)明制備的鎳鋁水滑石空殼三維納米結(jié)構(gòu)材料在電化學(xué)領(lǐng)域中，較大的比表面積可以為氧化還原反應(yīng)提供更有利的場(chǎng)所，球殼結(jié)構(gòu)不易團(tuán)聚能夠提高循環(huán)穩(wěn)定性，編織狀結(jié)構(gòu)具有良好的機(jī)械穩(wěn)定性增加材料的使用壽命。

附圖說明