[发明专利]一种钴镍双金属羟基亚磷酸盐棒状晶体阵列薄膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种钴镍双金属羟基亚磷酸盐棒状晶体阵列薄膜及其制备方法。将六水合硝酸镍、六水合硝酸钴、次磷酸钠同溶于去离子水中，加入N,N‑二甲基乙酰胺；将预清洁的活性炭纤维浸在配制好的溶液中，在反应釜内以140℃~160℃条件下密封反应10 h~20 h；待反应釜自然冷却至常温，取出活性炭纤维，经无水乙醇、去离子水反复清洗，60℃干燥8 h，在活性炭纤维表面获得致密而均匀的M₁₁(HPO₃)₈(OH)₆（M=Ni+Co）棒状晶体阵列薄膜。本发明得到的棒状晶体阵列薄膜，制备方法简单、安全，并且阵列晶体均匀致密，具有稳定均一的表面性能，可在新型储能、催化、传感领域中应用。

技术领域

本发明涉及一种以多孔纤维材料为基底的晶体阵列薄膜及其制备方法，尤其是涉及以活性炭纤维为基底的一种钴镍双金属羟基亚磷酸盐棒状晶体阵列薄膜及其制备方法。

背景技术

过渡金属羟基亚磷酸盐M₁₁(HPO₃)₈(OH)₆（M=Zn，Ni或Co）是一种新型无机材料，由于其化学计量关系的多样性和丰富的结构化学特性，在吸附、催化和储能方面具有广泛的潜在应用[M. D. Marcos et al, J. Solid State Chem., 107(1993), 250–257；M. D.Marcos et al, Chem. Mater., 5(1993), 121–128.]。众所周知，材料的性能很大程度依赖于材料的尺寸与形态。研究发现，有序结构的过渡金属羟基亚磷酸盐表现出更为优异的电学、光学等性能。值得注意的是，过渡金属羟基亚磷酸盐因其具有高比电容、循环稳定性和快速充放电能力，已作为新一代高性能超级电容器的有效正极材料而开始引起人们的关注。

传统的超级电容器采用涂覆方法将活性材料、导电剂（乙炔黑）、粘结剂等均匀涂覆于集流体表面，制成电极。这种电极制作方法适合粉体活性材料的应用，但局限于工艺稳定性，也不便于回收再利用。相比之下，将电化学活性材料以薄膜的形式沉积于集流体表面，可以得到无粘结剂型电极，为电子在活性材料与集流体之间进行高效传输提供了可能，有望提高电极性能。目前，文献报道的M₁₁(HPO₃)₈(OH)₆（M=Zn，Ni或Co）均为粉体材料，且多为单金属羟基亚磷酸盐，未见关于双过渡金属羟基亚磷酸盐棒状晶体阵列薄膜材料的报道。

发明内容

本发明目的在于提供一种钴镍双金属羟基亚磷酸盐棒状晶体阵列薄膜及其制备方法(也可表示为：一种M₁₁(HPO₃)₈(OH)₆（M=Ni+Co）棒状晶体阵列薄膜及其制备方法)。该制备方法充分利用活性炭纤维表面丰富的孔结构，为M₁₁(HPO₃)₈(OH)₆（M=Ni+Co）棒状晶体阵列薄膜在活性炭纤维表面异相成核结晶提供了大量的成核中心，结合反应物浓度、反应时间和反应物浓度比例的调节，使M₁₁(HPO₃)₈(OH)₆（M=Ni+Co）晶体优先在活性炭纤维表面结晶，继而各向异性生长形成棒状形貌。

本发明基于水热反应特点和晶体生长原理为指导，以及各项反应参数的综合作用，建立一个稳定的水热反应体系，在活性炭纤维表面对M₁₁(HPO₃)₈(OH)₆（M=Ni+Co）晶体的成核环境、生长取向和结晶速率实现精准控制，促成各向异性生长特性的M₁₁(HPO₃)₈(OH)₆（M=Ni+Co）棒状晶体在活性炭纤维表面形成致密而均匀的阵列排布的薄膜层。

本发明采用的技术方案的步骤如下：