[發明專利]一種帶褶皺的超薄Zn?Ni?Co三元金屬氧化物納米片及其制備方法

有效

• 申請號: 201611146095.3
• 申請日: 2016-12-13
• 公開（公告）號: CN106601492B
• 公開（公告）日: 2018-04-06
• 發明（設計）人: 周國偉;史雪;鄭玉潔
• 申請（專利權）人: 齊魯工業大學
• 主分類號: H01G11/24
• 分類號: H01G11/24;H01G11/46;H01G11/86;B82Y40/00
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司37221
• 代理人: 董潔

技術領域

本發明涉及一種帶褶皺的超薄Zn-Ni-Co三元金屬氧化物納米片及其制備方法，屬于納米材料合成技術領域。

背景技術

由于日漸增多的燃料消耗，發展一種高能量密度的能量轉換和存儲設備具有重大意義。目前，電化學存儲已經成為世界范圍內的研究熱點。超級電容器運用于電子運輸和能量存儲設備已經引起了人們廣泛的研究興趣，超級電容器又叫電化學電容器，較高的能量密度和較大的充放電速率使其能解決現代電子工業的緊急需求，其中電動汽車和大型電網的應用前景尤為廣闊。目前，超級電容器電極材料主要分為三類：碳材料、導電聚合物材料以及金屬氧化物或氫氧化物材料。

金屬氧化物納米結構的比電容是碳基材料的2-3倍，因此其具有較高的比電容，這也使其成為目前最具潛力的電極材料之一。目前，NiO，Co₃O₄，MnO₂等一元過渡金屬氧化物納米結構材料已經被廣泛地應用于超級電容器。但部分一元過渡金屬氧化物納米材料具有污染環境、導電性能差等缺點。隨著科學家們不斷深入的研究，發現二元、三元等多元金屬氧化物納米材料可以克服這種缺點，例如NiCo₂O₄，MnCo₂O₄，ZnCo₂O₄，Fe-Ni-Co氧化物等。最近研究發現三元金屬氧化物納米材料作為電極材料時，多種金屬的協同作用使其具有卓越的電容行為和倍率性能，因此其已引起人們廣泛的研究興趣。

何靜等人研究了一種復合金屬氧化物氣敏材料及其制備方法，以金屬鹽為原料，以去離子水為溶劑，在尿素和檸檬酸鈉的作用下形成了金屬復合物并應用于氣敏材料的制備。水熱反應溫度為120℃-180℃，水熱反應時間較長，為24h-48h。所制備的產物為片狀含鐵水滑石，但表面無褶皺。

李曉敏等人研究了一種由納米薄片組裝的鎳鐵氫氧化物多級微球及其制備方法，以尿素為堿源，以檸檬酸三鈉為絡合劑，以水和正丁醇為反應溶劑，采用化學溶液混合溶劑熱法制備單雙層納米片組裝的層狀雙金屬氫氧化物多級微球。

可見，目前眾多研究集中于雙金屬氧化物或氫氧化物的研究上，而有關三元金屬氧化物納米片狀材料的研究相對較少，部分三元金屬氧化物納米片狀材料的制備方法復雜，形貌單一，比表面積小，缺乏一種高效的三元金屬氧化物納米片狀材料的制備方法。

發明內容

本發明的目的就是為了解決上述問題，提供一種帶褶皺的超薄Zn-Ni-Co三元金屬氧化物納米片的制備方法，這種帶褶皺的超薄Zn-Ni-Co三元金屬氧化物納米片可以通過簡單高效的溶劑熱法成功制備出來。本專利以尿素為沉淀劑，檸檬酸鈉為金屬離子絡合劑，通過調節溶劑中甲醇和水的比例來控制溶劑的極性，進而控制超薄Zn-Ni-Co三元金屬氧化物納米片表面的褶皺數量。納米片表面增加的褶皺大大增加了產物的比表面積，進而使其在應用中具有更好的電化學性能。

該方法操作簡單，產物分散性良好，煅燒除去尿素和檸檬酸鈉后，產物表面產生分布均勻的介孔，進一步增加了產物的比表面積。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種帶褶皺的超薄Zn-Ni-Co三元金屬氧化物納米片的制備方法，包括以下步驟：以二價Zn、Ni、Co為金屬源，以尿素為沉淀劑，以檸檬酸鈉為金屬離子絡合劑，以甲醇和水的混合溶液為溶劑，采用溶劑熱法和煅燒制備形成具有褶皺的超薄Zn-Ni-Co三元金屬氧化物納米片，通過調節甲醇和水的比例來控制溶劑的極性，進而控制超薄Zn-Ni-Co三元金屬氧化物納米片表面的褶皺數量；

其中，所述原料的質量比為：尿素：檸檬酸鈉：鋅鹽：鎳鹽：鈷鹽＝1:(0.06-0.07):(0.3-0.4):(0.3-0.4):(0.6-0.8)，尿素：甲醇：水的質量體積比為(1.9-2.1)g：(4.5-5.5)mL：(25-35)mL。

為了得到形貌更加理想的Zn-Ni-Co三元金屬氧化物納米片，優選的，所述原料的質量比為：尿素：檸檬酸鈉：鋅鹽：鎳鹽：鈷鹽＝1:(0.0605-0.0635):(0.3370-0.3535):(0.3405-0.3570):(0.6815-0.7145)，尿素：甲醇：水的質量體積比為(1.9500-2.0500)g：(4.8-5.1)mL：(29.2-30.8)mL。