[发明专利]一种多孔导电的碳材料负载NiCo2O4复合材料及其制法和应用

说明书

本发明公开了一种多孔导电的碳材料负载NiCo₂O₄复合材料及其制法和在超级电容器、电化学水氧化催化剂、水电解阳极材料、电(光)催化剂中的应用。所述复合材料中，多孔六边形或多孔类六边形NiCo₂O₄微米或纳米颗粒负载于碳材料上。本发明中通过简单化学合成法制备所述复合材料。本发明的复合材料(多孔导电的碳材料负载NiCo₂O₄)与多孔的石墨烯/单壁碳纳米角复合材料组成的不对称电容器，展示了非凡的能量密度，为70.5Wh/kg。同时，本发明的复合材料也是一种高效的电化学水氧化催化剂，只需要低的过电压(220mV)就能提供20mA/cm²电流密度。

技术领域

本发明涉及一种多孔导电的碳材料负载NiCo₂O₄复合材料及其制法和在超级电容器电极、电化学水氧化催化剂、水电解阳极材料、电(光)催化剂中的应用，属于材料、化工、储能、清洁能源、环保领域。

背景技术

由于化石燃料的快速消耗及与之伴随的环境污染，对高性能、价格适宜、能利用在工业规模中的清洁能源设备的探索迫在眉睫。在这样关键的情况下，制备高效的电化学能源设备是解决世界能源需求和相关环境问题的有效方法。这种能源设备的性能主要依赖于活性电极材料的结构和性能。为了解决现有的技术与应用瓶颈，并使得下一代的能源设备在低成本下取得进一步的发展，大量的研究集中在对电活性材料的物理化学性质的研究中。

多金属氧化物的协同作用拓展了其在各种应用领域的性能，例如催化、电子学、传感器等。多金属氧化物拥有丰富的氧化还原活性位点、比单金属氧化物相对更好的导电性，因此，也适用于制备电活性材料，在储能与能源转换设备中得到应用。在多金属氧化物中，钴酸镍因其低廉的价格、高活性、好的稳定性，受到了人们的广泛关注。最近，文献中报道了大量的钴酸镍被利用于储能设备的电极中，如纳米片、纳米线、纳米针、纳米棒、核环纳米片和一些中空的介孔结构材料。然而，在能源输送和活性方面，现有的材料仍然不能令人满意。人们已经认识到，活性材料适合的微观结构和高导电性，有利于物质储存、高效的分子和离子运输、降低高电流下的能量损耗。因此，为能源设备开发廉价高效的活性材料是必须的，尤其是应用在电化学储能器件、清洁能源器件中的活性材料。

发明内容

本发明旨在解决现有技术的前述问题，提供一种环境友好的生产工艺和技术，合成一种多孔导电的碳材料负载NiCo₂O₄复合材料，该复合材料可以应用在超级电容器电极、电化学水氧化催化剂、水电解阳极材料、电(光)催化剂中。所述多孔导电复合材料中，多孔纳米结构NiCo₂O₄颗粒负载于碳材料上，因镍-钴双金属之间以及与碳材料之间的协同作用，使得该复合材料作为超级电容器电极材料、电化学水氧化催化剂、水电解阳极材料、电(光)催化剂时，具有高活性和良好的循环利用性能。

本发明通过如下技术方案实现：

一种碳材料负载NiCo₂O₄的复合材料，其中，NiCo₂O₄以多孔六边形或多孔类六边形的微米或纳米颗粒形式存在，且所述NiCo₂O₄负载于所述碳材料上。

根据本发明，所述碳材料选自石墨烯、碳纳米管、碳纳米角、碳纤维、活性炭、纳米石墨、薄层石墨等。

根据本发明，所述的石墨烯为纯的石墨烯、氧化石墨烯、石墨烯片层、多层石墨烯或其化学处理物等中的一种或多种。还优选地，所述石墨烯为氧化石墨烯或石墨烯片层。

根据本发明，所述碳材料为层状形式、颗粒形式、纤维状形式、薄膜形式、分散液形式或聚集体形式。