[發明專利]一種NiCoAl-LDH/N-GO復合材料的制備方法及其應用

在審

• 申請號: 201910790846.2
• 申請日: 2019-08-26
• 公開（公告）號: CN110563051A
• 公開（公告）日: 2019-12-13
• 發明（設計）人: 黃成相;倪程浩;王曉紅;郝臣;楊羚澤;朱林李
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: C01G53/00
• 分類號: C01G53/00;C01B32/198;H01G11/24;H01G11/30;H01G11/36;H01G11/86
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本發明屬于復合材料合成技術領域，涉及NiCoAl?LDH復合材料的制備，特別涉及一種NiCoAl?LDH/N?GO復合材料的制備方法，包括：將氧化石墨烯溶解在去離子水中配制成溶液超聲分散后，加入氨水，攪拌均勻；轉移至反應容器中120～160℃反應24～48 h，自然降至室溫，離心分離，固體依次用水和乙醇洗凈，60℃真空干燥24h，制得N?GO；去離子水中溶解鎳源、鈷源、鋁源和尿素，等比例加入N?GO攪拌使其均勻分散，轉移至反應釜中100～120℃反應24～48 h，自然降至室溫，60℃的真空干燥24h，即得。本發明工藝簡單，原料價格低廉，所制得的材料具有規則的超薄六角形層狀片狀結構，適合作為超級電容器的電極材料，易于工業化生產。

技術領域

本發明屬于復合材料合成技術領域，涉及NiCoAl-LDH復合材料的制備，特別涉及一種NiCoAl-LDH/N-GO復合材料的制備方法及其應用。

背景技術

近年來，由于電子產品的快速發展，諸如鋰離子電池和超級電容器（SC）等新興能量存儲裝置引起了廣泛關注。在各種能量存儲裝置中，由于長壽命、優異的比電容和高功率密度等優點，一些研究集中于超級電容器。因此，通過應用不同的儲存機制或擴大潛在窗口，超級電容器的能量密度顯著增加。然而，超級電容器的低能量密度仍然是障礙，這限制了其在各種儲存裝置中的應用。

基于不同的存儲機制，超級電容器可以分為雙電層電容器（EDLC）和贗電容電容器。對于前者，通過電極/溶液界面處的電子和離子或偶極子的取向來存儲電荷；與前者相比，后者中的電荷基于電化學活性材料在體相的表面或二維空間上的化學吸附、解吸或氧化還原反應來儲存。氧化石墨烯和碳納米管等碳基材料具有穩定的性能和較大的比表面積，廣泛用作雙電層電容器的電極材料，而NiCo₂O₄、CoAl層狀雙金屬氫氧化物等贗電容材料，由于與電解質離子的快速電化學氧化還原反應導致其比電容具有優異的性能。到目前為止，已經探索過相當數量的贗電容材料以尋求高比電容和穩定的循環壽命性能。

在贗電容材料中，層狀雙金屬氫氧化物（LDH）由于其可調的化學組成、低成本、環保性和高電位窗口而被廣泛作為適當的氧化還原材料。因此，層狀雙金屬氫氧化物中的可變價態陰離子提供了相當大的電化學活性位點以產生高法拉第贗電容。因此，采用LDH作為合適的電極材料是滿足實際應用需求的理想方法。在各種雙金屬氫氧化物中，NiCoAl-LDH由于其多種氧化還原態（Ni²⁺ / Ni³⁺和Co²⁺ / Co³⁺）和可調的化學組成而備受關注。

為了優化NiCoAl-LDH電極的性能，必須可控地合成具有豐富活性位點的NiCoAl-LDH以尋求最大化氧化還原動力學。因此，通過調節金屬鹽的比例來控制NiCoAl-LDH的組成是改善電化學性能的有效方法。然而，有限的速率能力和較差的循環穩定性阻礙了它們在超級電容器中的進一步應用。另一方面，由于足夠的離子擴散速率，石墨烯材料具有高導電率和倍率性能，然而，提高石墨烯材料的能量密度仍然是一個挑戰。因此，LDH與石墨烯的復合有助于克服兩種材料的缺陷。在各種石墨烯材料中，合理地設計三維NiCoAl-LDH/氮雜石墨烯N-GO結構是促進電化學反應過程中電子轉移的最有潛力的解決方案。

發明內容

針對上述現有技術中存在的不足，本發明的一個目的是利用氧化石墨烯進行氮摻雜來制備N-GO，然后以原位聚合法形成三維NiCoAl-LDH/N-GO，從而得到可以用作超級電容器電極的納米復合材料。

本發明的技術方案如下：

一種NiCoAl-LDH/N-GO復合材料的制備方法，包括如下步驟：