[发明专利]蜂巢状纳米片阵列钴酸镍/rGO/泡沫镍及制备方法

说明书

一种蜂巢状纳米片阵列钴酸镍/rGO/泡沫镍及制备方法，属于多级结构纳米催化剂材料技术领域。蜂巢状纳米片阵列钴酸镍/rGO/泡沫镍是由10.8nm的超细钴酸镍纳米粒子单层并置排列成的超薄钴酸镍纳米片(110×11nm)垂直交错生长于石墨烯修饰的泡沫镍表面构成的蜂巢状纳米片阵列结构。通过向石墨烯悬浮液中加入柠檬酸并采用水热处理得到石墨烯/泡沫镍基质，随后通过柠檬酸助液相共沉淀法和适当的焙烧处理制备出蜂巢状纳米片阵列钴酸镍/rGO/泡沫镍。优点在于，制备方法操作简便，条件温和，绿色环保。得到的材料直接作为超级电容器电极，显示出十分优异的超级电容性能和循环稳定性。

技术领域

本发明属于多级结构纳米催化剂材料技术领域，特别是提供了一种蜂巢状纳米片阵列钴酸镍/rGO/泡沫镍及制备方法。

背景技术

传统化石燃料的日益消耗以及能源需求的快速增长，加速了人们对新能源的研究与开发。超级电容器因其对环境无污染、高功率密度、快速的充放电过程等优点受到研究者们的广泛关注。电极材料是影响其性能的关键因素，目前，所采用的阳极催化剂如RuO₂等贵金属的应用受限于其昂贵的成本和自身毒性。因此，寻找具有良好催化活性和高循环稳定性的非贵金属电催化剂已经成为超级电容器的一个重要研究方向。

钴酸镍(NiCo₂O₄)是一种尖晶石结构的过渡金属氧化物，由于其结构中存在Co³⁺/Co²⁺和Ni³⁺/Ni²⁺两种氧化还原电对因而具有比单一氧化镍、氧化钴更高的电化学性能。然而，单一的复合氧化物钴酸镍的循环稳定性差限制了其应用。将钴酸镍与具有高比表面积、高导电性和良好机械稳定性的石墨烯复合可有效提高材料的电化学性能。

在传统电极制备过程中，电极材料常因涂覆不均匀而影响电化学活性，同时，加入的粘接剂不可避免地会降低电极的效率。目前，超级电容器材料的研究趋势是直接在集流体泡沫镍上生长活性材料，构建三维纳米结构电极。与传统电极相比，这些无粘接剂电极不仅具有简单方便无需进一步处理的优势，同时还可以显著提高超级电容器的电化学性能。目前常用的制备石墨烯/泡沫镍方法多采用气相沉积法(CVD)，但CVD法对设备要求较高，且操作繁琐，不利于节约资源。然而，迄今为止尚未见有关蜂巢状纳米片阵列钴酸镍/rGO/泡沫镍材料及其制备方法和应用的报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种蜂巢状纳米片阵列钴酸镍/rGO/泡沫镍及制备方法，操作简便，避免高温高压的反应条件和有机试剂的使用，制备的材料可直接作为超级电容器电极，具有高活性和优异的循环稳定性。

本发明的蜂巢状纳米片阵列钴酸镍/rGO/泡沫镍是由10.8nm的超细钴酸镍纳米粒子单层并置排列成的超薄钴酸镍纳米片(110×11nm)垂直交错生长于石墨烯修饰的泡沫镍表面构成的蜂巢状纳米片阵列结构。通过向石墨烯悬浮液中加入柠檬酸并采用水热处理得到石墨烯/泡沫镍基质，随后通过柠檬酸助液相共沉淀法和适当的焙烧处理制备出蜂巢状纳米片阵列钴酸镍/rGO/泡沫镍。

本发明所述的蜂巢状纳米片阵列钴酸镍/rGO/泡沫镍材料的制备方法为：

(1)将氧化石墨凝胶加入到去离子水中超声分散15-25min得到氧化石墨悬浮液，加入柠檬酸继续超声10min后，倒入聚四氟乙烯(Teflon)衬里的高压釜中；然后将经过预处理后的泡沫镍(2片3cm×5cm)完全浸没于氧化石墨悬浮液中，110℃-130℃下水热反应5-7h，反应结束后自然冷却至室温，将所得产物用去离子水反复洗涤，冷冻干燥2-3h，得到石墨烯/泡沫镍基质(GO/NF)；