[發明專利]Ni-M-O-H納米晶及其可控式合成方法和在制備超級電容器中的應用

有效

• 申請號: 201710436411.9
• 申請日: 2017-06-12
• 公開（公告）號: CN107128981B
• 公開（公告）日: 2018-07-13
• 發明（設計）人: 陳昌云;陳全戰;劉蘇莉;周全;段慧宇;施梅
• 申請（專利權）人: 南京曉莊學院
• 主分類號: C01G53/00
• 分類號: C01G53/00;H01G11/24;H01G11/30
• 代理公司: 南京眾聯專利代理有限公司 32206
• 代理人: 張慧清

本發明公開了一種Ni?M?O?H納米晶及其可控式合成方法和在制備超級電容器中的應用，屬于納米領域。我們通過控制反應體系中OA的用量來控制超薄層狀Ni?M?O?H(M=Ce,Y,Yb)納米晶的形貌及厚度。通過這一可控地合成方法我們獲得了一種超薄層狀Ni?M?O?H(M=Ce,Y,Yb)納米晶，其具有優異的超級電容器性能，在制備超級電容器中具有重要意義。同時由于該合成方法具有工藝簡單，反應溫度低，時間短，適合于批量生產的工業化特點。

技術領域

本發明公開了一種Ni-M-O-H納米晶及其可控式合成方法和在制備超級電容器中的應用，屬于納米領域。

背景技術

傳統能源資源日益減少，已經不能滿足國民經濟發展的需要。而中國的新能源資源比較豐富，在這種現實的大背景下，可再生能源和綠色能源的開發近來吸引了廣泛的研究興趣。在尋找清潔、高效和可再生能源的同時，也積極關注能量存儲。其中超級電容器作為一種清潔高效的儲能裝置引起的科學界的廣泛關注，進一步拓寬了能源領域的研究范圍。文獻研究表明，氫氧化鎳是研究得較多的過渡金屬氫氧化物，氫氧化鎳作為電容器的活性物質時利用氫氧化鎳氧化與還原過程中可逆性好、反應速度快的特點。但摻雜稀土使之形成Ni-M層狀雙氫氧化合物的報道很少，能夠可控合成超薄層狀Ni-M-O-H(M=Ce,Y,Yb)的報道幾乎沒有。因此，研發高效的具有特殊結構的Ni基納米晶合成方法是目前研究的熱點，特別是可用于超級電容器電極材料具有重要意義和巨大挑戰。

發明內容

本發明的目的之一是開發一種新型、高效的超級電容器電極。

為了實現這一目的，我們公開了一種超薄層狀Ni-M-O-H納米晶，這里的Ni-M-O-H中的M是指Ce、Y、Yb三種稀土金屬，同時還需要說明的是這里的Ni-M-O-H是指Ni-M雙氫氧化合物納米晶。

值得強調的是我們這里所述的超薄是指厚度約為10-20 nm。且本發明獲得的納米晶的晶相為六方相。

進一步地，我們還公開了這種超薄層狀Ni-M-O-H納米晶的可控式合成方法是依賴于調節油酸的添加量實現層狀Ni-M-O-H納米晶厚度的控制。當OA用量為3mL時，Ni-M-O-H納米晶較厚；當OA用量為5 mL時，Ni-M-O-H納米晶明顯變薄；當OA用量為10 mL時，Ni-M-O-H納米晶變得較薄但形貌變得無規則。

該合成方法可以具體描述為：

將Ni(CH₃COO)₂?4H₂O，M的水合硝酸鹽，如果M為Ce的話則用(NH₄)₂Ce(NO₃)₆代替M的水和硝酸鹽，加入到十二胺、十八碳烯（ODE）以及控制量的油酸(OA)、溶液中，然后逐步升溫至180°C后，維持反應，并在這一溫度下反應得到含有Ni-M-O-H納米晶的產物，通過分散沉降、離心分離得到Ni-M-O-H(M=Ce,Y,Yb)納米晶產品。

其中，當Ni(CH₃COO)₂?4H₂O 為1.81 mmol時，M水合硝酸鹽或(NH₄)₂Ce(NO₃)₆的添加量為0.18 mmol，ODE的添加量為10 mL，十二胺的添加量為5 mL，OA 的添加量為5-7 mL。

其中優選地，OA的添加量為5mL。當OA用量為5 mL時，Ni-M-O納米晶最薄，聚集程度最小，結構最規整。

進一步優選地，我們公開在納米晶的制備中按照3-4 ^oC min^-1的升溫速率逐步升溫。其中更為優選的方案是按照3℃min^-1的升溫速率逐步升溫。