[发明专利]超薄Ni-Co层状结构氢氧化物及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种超薄Ni‑Co层状结构氢氧化物及其制备方法和应用，制备方法为：分别以Co(Ac)₂·4H₂O和Ni(Ac)₂·4H₂O为钴源和镍源，以两亲性的嵌段共聚物P123和乙二醇共表面活性剂为结构导向剂，在乙醇和少量水的混合溶剂体系中通过一步水热法反应制备得到所述超薄Ni‑Co层状结构氢氧化物。超薄Ni‑Co层状结构氢氧化物由上述超薄Ni‑Co层状结构氢氧化物的制备方法制备得到。超薄Ni‑Co层状结构氢氧化物作为超级电容器电极材料的应用。本发明为二维的超薄层状结构材料的制备提供了一种简单可行且低成本的方法，同时也为超级电容器提供一种可供选择的优良电极材料。

技术领域

本发明属于新型无机纳米储能材料合成的技术领域，更具体地讲，涉及一种超薄Ni-Co层状结构氢氧化物及其制备方法和应用。

背景技术

二维层状纳米结构由于横向尺寸大(可以达到几个微米甚至几十个微米)、厚度小等特点在催化、光电化学和电化学方面都表现出了优异的性质。二维的金属层状氢氧化物(LDHs)是一类离子层状化合物，一般由带正电荷的水镁石层构成，层间包含一些能够平衡正电荷的阴离子和溶剂分子，金属离子位于八面体的中心，氢氧根离子则占据八面体的顶点，这些氢氧根离子相互连接形成二维薄片结构。LDHs材料的分子式为[M²⁺_1-xM³⁺_x(OH)₂]^x+[A^n-_x/n.mH₂O]^x-(M²⁺、M³⁺表示二价和三价金属阳离子，A^n-为平衡电荷的阴离子，x＝M2⁺/(M²⁺+M³⁺))。LDHs可以作为前躯体材料制备催化剂，也可以直接应用到离子交换、药物递送和电催化等领域，这类材料越来越受到关注。二维金属氢氧化物尤其是Ni、Co的层状氢氧化物由于其高的电化学反应活性、较大的层间距，表现出了一定的电容性能，应用在电化学电容器中显示出一定的应用潜力。

一般地，直接制备得到的层状氢氧化物，由于层间的相互作用力较强，这些层状结构极易紧密堆叠在一起。目前，提高双氢氧化物的性能和扩大其应用的研究都主要集中于如何将这些紧密堆叠的层状结构剥离开来得到分散的层状结构。制备分散的具有良好层状结构Ni-Co氢氧化物有两类方法，即“自上而下”和“自下而上”的方法。LDHs材料具有较高的电荷密度，较高的含水量，层与层间的静电相互作用极强，而且层间存在的大量的氢键网络等都会使得层状结构紧密地“堆垛”在一起，因此，LDHs材料在水溶液中很难被剥离。目前发展了许多方法将LDHs剥离得到单层或几层的结构，如在甲醛溶液中剥离LDHs材料，在含表面活性剂的丁醇溶液中剥离LDHs，这种方法剥离得到产物需在室温下真空干燥，否则剥离产物会重新聚集而导致剥离失败，此外还发展了在四氯化碳和甲苯溶液中剥离等。可见，这种“自上而下”的剥离法制备层状材料，一般都要经历氢氧化物的制备和剥离两步过程，过程比较复杂，且反应条件苛刻。因此，开发过程简单的“自下而上”的一步方法来制备分散性良好的层状氢氧化物材料具有良好的应用前景。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种基于“自下而上”的策略制备良好分散的层状结构Ni-Co氢氧化物材料的方法。

本发明的一方面提供了一种超薄Ni-Co层状结构氢氧化物的制备方法，分别以Co(Ac)₂·4H₂O和Ni(Ac)₂·4H₂O为钴源和镍源，以两亲性的嵌段共聚物P123和乙二醇共表面活性剂为结构导向剂，在乙醇和少量水的混合溶剂体系中通过一步水热法反应制备得到所述超薄Ni-Co层状结构氢氧化物。

根据本发明超薄Ni-Co层状结构氢氧化物的制备方法的一个实施例，所述制备方法包括以下步骤：