[发明专利]Ni纳米线、NiO/Ni自支撑膜及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料领域，更具体地，涉及一种Ni纳米线、NiO/Ni自支撑膜及其制备方法和应用。

背景技术

随着传统化石能源的逐渐消耗殆尽，具有环保、可再生性等优点的新能源如太阳能、风能、核能、地热能等受到了人们越来越多的关注与开发、应用，而新能源在并网发电过程中经常存在着一个电能储存的问题，而超级电容器在能量存储方面的优势也许可以很好的解决这些问题。

Yuan等人2008年在nature nanotechnology发表了一篇以MnO₂自支撑膜为基础，然后通过234℃下吸附和390℃下脱附聚二甲基硅氧烷(PDMS)来达到疏水/亲水的目的，在吸附油污方面具有巨大的应用潜力。Luo等人在2012年通过简单的把超长、超整齐的碳纳米管与锂钴氧微米颗粒进行超声共沉积的方法得到了CNT/LiCoO₂复合材料构成的自支撑膜，不同于常规的锂离子电池正极需要添加额外的导电剂（如导电碳黑，乙炔黑等），这种制备方法既节省了成本，同时有利于制备工序的简化，该自支撑膜在0.1C下，比容量达到151.4mAhg^-1，表现出较好的锂离子电池性能。Yuan等人在2012年以氧化石墨烯/碳纳米管膜为基底，再通过90℃下14小时的水热反应在复合材料上面直接生长出超级电容器活性物质Co₃O₄，在2Ag^-1的充放电电流密度下获得了378Fg^-1的比电容，同时具有极好的柔韧性。

金属氧化物基电容器目前研究最为成功的电极材料主要是氧化钌，但由于贵金属的资源有限，价格过高限制了对它的使用，对于金属氧化物电容器的研究主要在于降低材料的成本，寻找较廉价的材料。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种Ni纳米线、NiO/Ni自支撑膜及其制备方法和应用，其目的在于提供一种柔韧性好、充放电性能优良且成本较低的超级电容电极活性材料，由此解决目前超级电容成本高、制作工艺复杂的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种Ni纳米线，所述Ni纳米线平均直径在200nm至300nm之间，平均长度在50,000nm至200,000nm之间。

按照本发明的另一方面，提供了一种Ni纳米线的制备方法，包括以下步骤：

（1）配置Ni纳米线液相生长液：将Ni盐作为前驱体，溶解于有机溶剂中，制得Ni前驱体溶液；将有机还原剂溶解在所述有机溶剂中，制得还原剂溶液；将Ni前驱体溶液缓慢分散于强碱性有机溶剂中，再加入还原剂溶液，最后加入表面活性剂有机溶液，制得Ni纳米线液相生长液；

（2）在外加磁场下，使Ni纳米线液相生长液发生氧化还原反应，制备Ni纳米线单质；

（3）磁性分离并清洗Ni纳米线单质，干燥后制得如权利要求1所述的Ni纳米线。

优选地，所述制备方法，其步骤（1）所述的Ni盐为六水合氯化镍，所述有机溶剂为乙二醇，所述Ni前驱体溶液浓度为24mg/ml；所述有机还原剂为水合肼，所述有机还原剂溶液浓度为85wt%；所述强碱性有机溶剂为1.5mol/L的氢氧化钠乙二醇溶液；所述表面活性剂有机溶液为2wt%的聚乙烯吡咯烷酮；所述Ni前驱体溶液、强碱性有机溶液、还原剂有机溶液的混合比例为体积比1:4:2。

优选地，所述制备方法，其步骤（2）所述的氧化还原反应条件为70摄氏度恒温，反应时间为1小时，所述外加磁场强度为0.4特斯拉。

按照本发明的另一个方面，提供了一种NiO/Ni自支撑膜，包括所述的Ni纳米线及其煅烧制得的表面有NiO的Ni纳米线，其中Ni和NiO的摩尔比例为2.5:1至20:1。

按照本发明的另一个方面，提供了一种NiO/Ni自支撑膜的制备方法，包括以下步骤：

（a）将如权利要求1所述的Ni纳米线均匀分散在表面活性剂有机溶液中，形成Ni纳米线分散液；

（b）将步骤（a）中制得的Ni纳米线分散液，采用抽滤的方法，转移到微孔滤膜上，清洗烘干后剥离得到Ni自支撑膜；

（c）将步骤（b）中制得的Ni自支撑膜在含氧气气氛中煅烧得到NiO/Ni自支撑膜。

优选地，所述NiO/Ni自支撑膜制备方法，其步骤（a）所述的表面活性剂有机溶液为1wt%的聚乙烯吡咯烷酮的乙二醇溶液，所述Ni纳米线和有机溶液质量比例在1:1000至1:2500之间，所述分散方法采用100瓦超声分散10分钟。