[发明专利]镍基镍钛水滑石薄膜材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种水滑薄膜材料及其制备方法，具体涉及镍钛水滑石薄膜材料及其制备方法和应用。

背景技术

在当今科技迅速发展的潮流下，电子元件日趋变小以及电动汽车逐渐普及，作为后备电源和记忆候补装置的超级电容器引起人们的广泛关注。目前主流的超级电容器材料由氧化钌薄膜系统和碳双电层开发而成。在Electrochem.Solid State Lett,2000,3(5):205-208中Manthiram等人制成的钌铬复合氧化物比容量高达840F/g。但是用于电动车辆动力源中的电池-电容器混合系统中的大容量电容器所需的钌材料非常昂贵，这也是限制超级电容器普及的一个非常重要的因素。在文献Adv.Mater,2006,18,2807-2824中，Bavykin报道了TiO₂纳米管阵列作为锂离子电池的阳极的电容量可达338mA h/g。而Ni由于在NiH电池中具有高电容量的特点，Zhang等在Nano.Res,2010,3,643中提出β-Ni(OH)₂的煅烧产物多孔NiO在5A/g能达到390F/g的比电容。复合氧化物材料不但性能优良并且价格低廉，故在电化学领域引起了广泛研究和关注。在文献Energy Fuels,2010,24:6463–6467中，Wang等人利用尿素法将镍铝水滑石粉体沉积在泡沫镍当中，在10mA/cm²电流密度下达到701F/g。

电吸附材料作为电吸附性能的决定性因素，一直受到广泛关注。由于电吸附基本原理是通电时水中的离子将分别向相反电荷电极迁移并被该电极吸附在电极表面所形成的双电层，故双电层理论为其基础理论。目前国内外主要以炭材料作为电吸附材料的首选。按照材料的不同，国内外主要研究包括以石墨、活性炭、活性炭纤维和炭气凝胶等材料做电吸附材料的电吸附技术。在文献Desalination，2011,270:285–290中，Li等人用二氧化钛改性过的活性炭做为吸附剂吸附氯离子，这种方法优点是活性炭材料具有更大的比表面积和吸附容量，具有良好的去除重金属离子的效果。缺点是本身高电阻和传质阻力的缺点限制了它在实际中的应用。在文献Ind.Eng.Chem.Res,2011,50:5334-5345中，Gao等人制备出镍钛水滑石，并且成功将十二烷基苯磺酸钠插入到水滑石层间，对五氯苯酚等有毒有机试剂实现了良好的吸附性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种镍钛水滑石薄膜材料及其制备方法，该材料可用作超电容以及电吸附的电极材料。

本发明提供的镍基镍钛水滑石薄膜是以泡沫镍为基体，在其表面原位生长镍钛类水滑石薄膜，该薄膜的化学式是：

[Ni_1-xTi_x(OH)₂]^2x+(CO₃^2-)_x·mH₂O

其中Ni²⁺与Ti⁴⁺位于主层板之间；CO₃^2-为层间阴离子；Ni²⁺/Ti⁴⁺的摩尔比值为1.5~4.6；较佳的比值为2~4:1；m代表层间水。该镍基镍钛水滑石薄膜具有晶型完整，粒径分布均一，附着力高、不易脱落等特性。

镍基镍钛水滑石薄膜的具体制备步骤如下：

A．采用纯度大于90%的泡沫镍片为基体，按需要剪成不同的大小和形状，用质量浓度为36%浓盐酸超声波清洗，然后分别用去离子水和无水乙醇清洗干净，放入60℃烘箱中烘干备用；