一種藤條形三維納米結(jié)構(gòu)鈷酸鎳材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明具體涉及一種用于電化學(xué)和傳感器領(lǐng)域的高表面積的三維納米結(jié)構(gòu)鈷酸鎳材料的制備工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]尖晶石鈷酸鎳材料具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，良好的導(dǎo)電性、化學(xué)活性和磁性性質(zhì)等其他物理性質(zhì)，是目前的材料領(lǐng)域的一個(gè)研宄熱點(diǎn)。特別地，近年來，基于尖晶石材料鈷酸鎳材料的電化學(xué)性能及其應(yīng)用的研宄也越來越熱。研宄發(fā)現(xiàn)，鈷酸鎳不僅可以作為氧化物電極材料、一些復(fù)雜反應(yīng)的催化劑如烷烴氧化、氨氧化，可制成高選擇性的CO傳感器，而且在電催化、磁熱療等方面也得意廣泛應(yīng)用。
[0003]鈷酸鎳的制備方法較多，如噴霧熱解法，共沉淀法，高分子絡(luò)合物熱解法，靜電紡絲法，模板法，水熱法以及冷凍干燥法等均可合成片狀、球狀的納米顆粒及納米線，但目前由納米線交聯(lián)構(gòu)成的藤枝條狀的三維納米結(jié)構(gòu)鈷酸鎳的合成還沒有報(bào)道，其結(jié)構(gòu)在電子傳輸、電化學(xué)電池和電催化領(lǐng)域有重要的應(yīng)用。
[0004]目前，中國專利(CN102745752.A，2012)利用水熱法合成了海膽狀的形貌，中國專利(CN 103979618 A，2014)利用水熱法合成了納米片狀的球形三維形貌，中國專利(CN104003455 A，2014)公布了一種空心海膽型結(jié)構(gòu)，上面的專利都是合成了一種類球形鈷酸鎳的結(jié)構(gòu)。但以上專利中的納米結(jié)構(gòu)形式中，鈷酸鎳球體比較大，導(dǎo)致不同鈷酸鎳粒子之間的接觸面非常小，難于形成高效的電子傳輸網(wǎng)絡(luò)通道，從而導(dǎo)致導(dǎo)電能力不是很好，而且其比表面積有待提尚的潛能。
[0005]本發(fā)明提出了一種由鈷酸鎳納米線構(gòu)成的藤條型三維納米結(jié)構(gòu)材料的制備方法。制備出來的三維納米結(jié)構(gòu)中的鈷酸鎳納米線互相交聯(lián)，形成一個(gè)藤狀結(jié)構(gòu)，導(dǎo)電性能優(yōu)良，由于其該三維結(jié)構(gòu)完全由納米線構(gòu)成，可以獲得很高的比表面積，并且同時(shí)擁有普遍納米線具有的各種效應(yīng)，如表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于獲得一種用于電化學(xué)和傳感器等領(lǐng)域的高比表面積、高化學(xué)活性和良好電導(dǎo)率的三維納米結(jié)構(gòu)鈷酸鎳材料的制備工藝。所制備的藤條狀的三維納米結(jié)構(gòu)鈷酸鎳材料，極高的比表面積、優(yōu)異的可逆電化學(xué)性能、很高的電荷儲存密度和快速電荷儲存等優(yōu)點(diǎn)，是一種理想的超級電容器的正極材料、電化學(xué)催化劑材料和傳感器材料，在其他電子器件領(lǐng)域也有重要的應(yīng)用。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種由藤條形的三維納米結(jié)構(gòu)鈷酸鎳材料的制備方法，其特征在于，包括步驟:
步驟1.將鎳鹽和鈷鹽或者其水合物按鎳鈷原子配比溶于水，制得鹽溶液A，
步驟2.將上述鹽溶液A混合攪拌均勻，然后加入淀粉或聚苯乙烯磺酸鈉中任一種活性劑，攪拌均勻，得到混合液B ; 步驟3.在上述混合液B中加入尿素，尿素的濃度在0.01-5.0moI/L范圍，然后攪拌均勻，得到混合液C ;
步驟4.將上述混合溶C液移入反應(yīng)釜，在70-220°C的溫度下水熱反應(yīng)或者水浴反應(yīng)或者油浴反應(yīng)中的任一種反應(yīng)l~72h即制備出鈷酸镲前驅(qū)材料D ；
步驟5.將D進(jìn)行離心，分別用去離子水、乙醇和非極性溶劑依次多次清洗后，離心洗滌多次后，30-220 °C烘干得到前驅(qū)體E ；
步驟6.E在空氣氣氛中加熱至200~700°C下保溫l~10h。
[0008]上述方案中，所述步驟I中，所述的鎳鈷原子配比為0.5-2.0:2。
[0009]上述方案中，所述溶液A濃度為0.lMmol/L~10.0moI/Lo
[0010]上述方案中，所述的步驟2中的聚苯乙稀磺酸鈉或者淀粉濃度范圍在0.0lg/L—20.0g/Lo
[0011]上述方案中，所述的其他非極性溶劑包括環(huán)己烷、甲苯、氯仿、丙醇、丙酮等中的一種或幾種。
[0012]本發(fā)明方法操作簡單，條件溫和且容易控制，適于大批量制備，成本低，環(huán)境友好。
[0013]本發(fā)明所制備的三維納米結(jié)構(gòu)鈷酸鎳，其特征在于:制備的鈷酸鎳整體形貌為藤條狀三維納米結(jié)構(gòu)，該三維納米結(jié)構(gòu)由鈷酸鎳納米線交聯(lián)構(gòu)成的三維網(wǎng)狀相連結(jié)構(gòu)，使得納米線之間留有較多空隙。
[0014]本發(fā)明所制備的藤條狀三維納米結(jié)構(gòu)鈷酸鎳，其特征在于:所述鈷酸鎳材料的藤條的直徑0.1 μπι-10 μ??，藤條長度為I μπι-lmm，納米線直徑為lnm-lOOnm，納米線長度為10nm-5μm0
[0015]本發(fā)明所提供的一種藤條狀三維納米結(jié)構(gòu)鈷酸鎳的制備方法，與現(xiàn)有技術(shù)比較，其優(yōu)勢為:
O制備的鈷酸鎳的結(jié)構(gòu)是藤條狀的三維納米結(jié)構(gòu)，具有極高的比表面積，在電極方面應(yīng)用提高了活性材料和電解液的接觸面，提高了反應(yīng)速率；
2)該藤條狀的三維納米結(jié)構(gòu)鈷酸鎳具有優(yōu)異的電化學(xué)活性，可以高密度儲存電荷，用于超級電容器的電極材料時(shí)可以獲得很高的比電容和比能量，并具有優(yōu)異的電催化學(xué)性會K ;
3)制備的鈷酸鎳其化學(xué)性能穩(wěn)定，作為電極材料時(shí)具有優(yōu)良的可逆電化學(xué)性能；
4)具有很好的電荷傳導(dǎo)性能，用于超級電容器的電極材料時(shí)可以實(shí)現(xiàn)快速充電。
[0016]5)制備方法簡單，綠色環(huán)保，適合大批量生產(chǎn)。
[0017]制備的藤條形的三維納米結(jié)構(gòu)鈷酸鎳材料的恒流放電的測試曲線如圖3所示。測試時(shí)采用的是6 mo I/L的KOH水電解質(zhì)。測試結(jié)果表明，其比電容達(dá)到950F/g。
【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明的藤條形的三維納米結(jié)構(gòu)鈷酸鎳形貌結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明制備的藤條形的三維納米結(jié)構(gòu)鈷酸鎳的掃描電鏡圖；
圖3藤條形的三維納米結(jié)構(gòu)鈷酸鎳材料的三電極系統(tǒng)的恒流充放電的測試曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
[0020]本發(fā)明的技術(shù)方案是提供一種藤條狀三維納米結(jié)構(gòu)的鈷酸鎳制備方案。圖1是本發(fā)明的鈷酸鎳形貌結(jié)構(gòu)的示意圖，圖2是我們制備的鈷酸鎳的掃描電子顯微鏡照片。
[0021]下面是本例的具體實(shí)施例:
實(shí)施例1
1.先用硝酸鎳和硝酸鈷分別配制0.l-3mol/L的溶液。
[0022]2.取步驟I配制好的硝酸鎳和硝酸鈷溶液5ml和1ml，混合后，磁力攪拌均勻，制得溶液A。
[0023]3.然后配制0.l-20g/L的淀粉溶液，取50ml該溶液滴入溶液A中，攪拌均勻，制得溶液B。
[0024]4.在上述混合液B中加入尿素，尿素的濃度范圍為0.05-10.0moI/L,然后攪拌均勻得到混合液體C。
[0025]5.將C移入金屬反應(yīng)釜，在70_220°C的溫度下水熱反應(yīng)l_36h即制備出鈷酸鎳前驅(qū)材料D。
[0026]6.將D進(jìn)行離心，分別用去離子水、丙醇清洗，離心洗滌多次后，在空氣中或者保護(hù)氣體中溫度烘干得到前驅(qū)體E。
[0027]7.將E在空氣氣氛中加熱至400°C下保溫5h。
[0028]實(shí)施例2
1.先用硝酸鎳和硝酸鈷分別配制0.l-3mol/L的溶液。
[0029]2.取步驟I中配制好的硝酸鎳和硝酸鈷溶液5ml和1ml，混合后，磁力攪拌均勻，制得溶液A。
[0030]3.然后配制0.01-20.0g/L的聚苯乙烯磺酸鈉，取50ml該溶液滴入溶液A中，邊滴邊攪拌，攪拌均勻后，制得溶液B。
[0031]4.在上述混合液B中加入尿素，尿素的濃度濃度范圍為0.05-5.0mol/L，然后攪拌均勻等到混合溶液C。
[0032]5.將C移入金屬反應(yīng)釜，在70°C的溫度下水熱反應(yīng)36h即制備出鈷酸鎳前驅(qū)材料D0
[0033]6.將D進(jìn)行抽濾，分別用去離子水、丙醇清洗，離心洗滌多次后，烘干得到前驅(qū)體
E0
[0034]7.將E在空氣氣氛中加熱至500°C下保溫6 h。
[0035]實(shí)施例3
1.先用硝酸鎳和硝酸鈷分別配制0.l-3mol/L的溶液。
[0036]2.取步驟I中配制好的硝酸鎳和硝酸鈷溶液5ml和1ml，混合后，磁力攪拌均勻，制得溶液A。
[0037]3.然后配制0.01-20.0g/L的聚苯乙烯磺酸鈉，取50ml該溶液滴入溶液A中，邊滴邊攪拌，攪拌時(shí)間均勻后制得溶液B。
[0038]4.在上述混合液B中加入尿素，控制尿素的濃度范圍為0.05-5.5mol/L，然后攪拌均勻得到混合液體C。
[0039]5.將C移入油浴鍋，在220°C的溫度下油浴反應(yīng)2 h即制備出鈷酸鎳前驅(qū)材料D。
[0040]6.將D進(jìn)行離心，分別用去離子水、丙醇清洗，離心洗滌多次后，烘干得到前驅(qū)體
E0
[0041]7.將E在空氣氣氛中加熱至700°C下保溫lh。
[0