[发明专利]一种碱式金属盐纳米材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种碱式金属盐纳米材料及其制备方法与应用，属于超级电容器领域。本发明通过优化的低共熔溶剂与金属盐反应，使用一步低共熔溶剂沉淀法生成多孔高比表面积的三维结构。该制备方法具备无污染，低成本、制备简单以及可以生物降解的特点。合成的电极材料具有在电解液中短离子传输路径，产物的电化学容量高以及倍率性能好的特征，适合工业化生产用于超级电容器。

技术领域

本发明属于超级电容器领域，具体涉及一种碱式金属盐纳米材料及其制备方法与应用。

背景技术

超级电容器作为一种高效的能量转换和存储设备，在高峰电源和后备电源中有着广阔的应用前景，因此备受关注。近年来，过渡金属氢氧化物如Co(OH)₂和Ni(OH)₂具有层状结构和较大的理论比电容，是氧化还原超级电容器中研究最频繁的一类电极材料。

作为电极材料，氢氧化物有两个主要缺点：电导率差和充放电循环稳定性低。这两个缺点是过渡金属氢氧化物成为主导电极材料的主要障碍。

低共熔溶剂是一类简单的低温离子液体，可通过混合季铵盐(氯化胆碱、十六烷基三甲基氯化铵等)和氢键供体(尿素、酰胺、酸或者多元醇)制得，具有低成本、高导电率、高热稳定性、制备简单、无毒、可生物降解等优点以及具有表面张力、可忽略的蒸气压、非毒性等物理化学性质。目前合成金属氢氧化物多采用水热法或溶剂热法，但该方法影响因素多且要求高温高压以及强碱等苛刻的反应环境，而且通过该方法合成的碱式金属盐比表面积低、倍率性能差的不足。因此需要发明一种低温、低压、环保、制备简单制备高性能以及高比表面积的碱式金属盐的方法。

发明内容

为解决现有技术的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种碱式金属盐纳米材料的制备方法。

本发明的另一目的在于提供通过上述制备方法得到的碱式金属盐纳米材料及其应用。

本发明的再一目的在于提供一种碱式金属电极，含有上述碱式金属盐纳米材料。

本发明的又一目的在于提供通过上述碱式金属盐电极在制备超级电容器中的应用。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种碱式金属盐纳米材料的制备方法，为一步低共熔溶剂共沉淀法，包括以下步骤：

(1)将季铵盐和氢键供体混合溶解得到低共熔溶剂；

(2)将金属盐溶于低共熔溶剂中，得到金属有机络合物；再加入水，得到混合溶液，然后反应，冷却，洗涤反应产物，干燥，得到碱式金属盐纳米材料。

步骤(1)中所述的季铵盐为氯化胆碱和其他季铵盐混合得到的季铵盐；优选为氯化胆碱与其他季铵盐按摩尔比为1：(0.01～0.2)配比混合；更优选为氯化胆碱与其他季铵盐按摩尔比为1：0.1配比混合。

所述的其他季铵盐为十六烷基三甲基氯化铵、十二烷基三甲基氯化铵和十四烷基三甲基氯化铵中的至少一种；更优选为十六烷基三甲基氯化铵。

步骤(1)中所述的氢键供体为尿素、乙二醇和甘油中的至少一种。

步骤(1)中所述的季铵盐和所述的氢键供体按摩尔比(1.01～1.2)：(1～2)配比混合；优选为按摩尔比1.1：2配比混合。

步骤(1)中所述的混合的条件优选为70～90℃；更优选为80℃。

步骤(2)中所述的金属盐为过渡金属盐；优选为镍盐、钴盐、锰盐、铁盐和钼盐中的至少一种；更优选为镍盐和钴盐的混合物；最优选为镍盐和钴盐按摩尔比1：(1～2)混合得到的混合物。

所述的镍盐优选为乙酸镍、氯化镍、硝酸镍和硫酸镍中的至少一种；更优选为NiCl₂·6H₂O。