[發明專利]鎳鈷氫氧化物納米片/石墨烯@聚多巴胺的制備方法

有效

• 申請號: 202010967727.2
• 申請日: 2020-09-15
• 公開（公告）號: CN112151282B
• 公開（公告）日: 2022-02-15
• 發明（設計）人: 張旭;楊仕軒;田雨涵;盧旺;曲寧;雷達;米盼盼
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: H01G11/48
• 分類號: H01G11/48;H01G11/24;H01G11/86
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 李曉亮;潘迅

一種鎳鈷氫氧化物納米片/石墨烯@聚多巴胺的制備方法，屬于材料制備技術領域。該方法將氧化石墨烯(GO)分散于水中，加入一定量的鎳源、鈷源、鹽酸多巴胺和尿素混合均勻，倒入圓底燒瓶在一定溫度下反應后取出，洗滌至中性，抽濾，冷凍干燥，即得到二維鎳鈷氫氧化物納米片/石墨烯@聚多巴胺。本發明提供的制備方法簡單可靠，所制備的材料結構可控并且具有較好的電化學性能。

技術領域

本發明屬于材料制備技術領域，涉及一種可用于超級電容器的二維鎳鈷氫氧化物納米片/石墨烯@聚多巴胺及其制備方法。

背景技術

由于二次工業革命的完成，長時間的傳統化石能源消耗所導致日漸枯竭，能源與環境問題日益突出。因此尋求可替代傳統化石能源的新能源成為人們有效解決能源枯竭和環境污染問題的有效策略之一。在眾多能量儲存與轉換器件中，超級電容器具有超高的功率密度與超長的循環壽命使得其具有廣泛的應用范圍。電極材料作為超級電容器的基本組成，其性能好壞將會直接影響著超級電容器的性能優劣程度。在諸多的電極材料中，鎳基和鈷基材料得益于其在電化學過程中的多步氧化還原反應的進行，因此在電化學儲能與轉化領域擁有豐富的應用前景。特別是鎳鈷雙金屬氫氧化物中鎳鈷的協同效應使它在擁有鎳提供的高容量的同時彌補了鎳的在高荷電狀態下的快速晶格崩潰造成倍率性能差的問題，并且低成本、高容量和優異倍率性能的特點使鎳鈷氫氧化物應用的廣泛性遠高于其他材料。與此同時，二維結構具有比表面積大離子傳輸速率快等優點，因此構筑二維鎳鈷氫氧化物可以顯著提升超級電容器性能。然而，就目前的制備方法而言，以價格低廉、結構簡單的尿素作為沉淀劑，所制備出的鎳鈷氫氧化物多為線狀結構。如Li等人在鎳源和鈷源的混合溶液中加入尿素，通過水熱法在95℃下反應6h形成鎳鈷氫氧化物納米線(Li et al,J.Mater.Chem.A, 2014,2,6540–6548)。即使當加入具有形貌導向作用的二維石墨烯時，以尿素作為沉淀劑，也無法誘導鎳鈷氫氧化物納米線轉化為納米片，如Chen等人利用氧化石墨烯作為復合載體，通過水熱法所制備的鎳鈷氫氧化物納米線和氧化石墨烯的復合物(Chen et al,Applied Materials Today,2016,5,260-267)。聚多巴胺 (PDA)作為碳源、保護殼、氮源和功能化基團近年來成為被頻繁應用在電化學領域的聚合物之一。Chen等人將以尿素作為沉淀劑采用水熱法制備出的鈷錳氧化物納米線，通過一步熱處理與多巴胺形成了聚多巴胺包覆的鈷錳氧化物納米線。并(Chen et al,Molecules,2020,25,3218)。在這其中PDA僅僅作為保護層對鈷錳氧化物進行修飾以及提升電化學性能，并沒有改變其整體結構。在此我們開發了一種PDA原位聚合復合法，同時利用石墨烯的結構誘導作用，成功在尿素環境下制備出二維鎳鈷氫氧化物納米片/石墨烯@聚多巴胺 (NiCo-OH/G@PDA)復合材料，得到了高性能超級電容器負極。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明提供一種應用于超級電容器的 NiCo-OH/G@PDA的制備方法，該制備方法簡單可靠，所制備的材料具有良好的電化學性能。

為了達到上述技術目的，本發明采用的技術方案為：

一種可用于超級電容器的二維鎳鈷氫氧化物納米片/石墨烯@聚多巴胺的制備方法，具體步驟如下：室溫下，將氧化石墨烯GO分散于去離子水中，再將鎳源、鈷源、鹽酸多巴胺和尿素加入含GO的去離子水中混合均勻，轉移至圓底燒瓶中，在80-120℃下反應6-24h后取出，洗滌至中性，抽濾，冷凍干燥，即得到 NiCo-OH/G@PDA。所述NiCo-OH/G@PDA為二維片狀結構，明顯區別于單純以尿素作為沉淀劑且不加鹽酸多巴胺所形成的鎳鈷氫氧化物納米線。

進一步的，所述每100mL去離子水中對應添加10-40mg的GO、500-1000 mg尿素。

進一步的，所述鹽酸多巴胺與GO的質量比為24:1-3:1。所述鎳源和鈷源的質量比為1:1-3:1，所述鎳源和GO的質量比為17.8:1-4.45:1。

進一步的，所述鎳源可以是硝酸鎳、氯化鎳；所述鈷源可以是硝酸鈷、氯化鈷。