[发明专利]一种介孔氧化镍/碳复合纳米材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于无机材料合成，制备电极材料的领域，具体涉及一种介孔氧化镍/碳复合纳米材料及其制备方法。

背景技术

超级电容器作为一种介于传统电容器和锂离子电池之间的新型储能体系，其功率密度显著高于锂离子电池，能量密度是传统电容器的10~100倍,安全系数高，充放电循环寿命长，工作温度范围宽，经济环保免维护等优点。介孔材料作为一种新兴的固体多孔材料，不仅具有孔道大小均一、排列有序、孔径可以在2~50nm内连续调节等重要特征，而且还具有较大的孔容、高的比表面积、孔道表面可进行物理吸附或化学修饰及较好的水热稳定性等特点。过度金属氧化物由于具有较高的理论比容量、价格低廉且易获得，成为重要过的电极材料，但是由于导电率低、循环稳定性差，使其很难规模化运用，针对它的这些问题，可以通过掺杂或与碳材料复合进行改进。因为碳材料的导电率高、比表面积大、柔韧性好等优点。同时碳层可以提高金属氧化物电极材料的整体导电性，而且碳层和金属氧化物具有协同效应，可以提高比容量和速率比容量。

 NiO是一种3d 过渡金属氧化物，是一种典型的直接宽带隙p型半导体，通常情况下禁带宽度在 3.6eV~4.0eV之间。NiO由于具有较高的理论比电容以及较好的热稳定性，被认为是超级电容器的候选电极材料之一。但是由于NiO导电率比较低，限制了其在超级电容器上的应用，而碳的导电率非常的好，所以把两者结合可以提高材料的性能，同时，将氧化镍/碳制备成具有高比表面积、大孔径，大孔体积的多孔纳米材料将有利于增加电子的传输效率，从而提高作为电化学超级电容器的电容量性能。

樊桢等以直接生长在集流体（石墨）上的碳纳米管为载体，采用硝酸镍高温热解方法，成功合成了具有三维多孔结构的NiO/CNT/G复合物电极。电极展现了非常高的利用率和电化学超电容活性，其电位窗口达到1.7V，最高比容量可以达到479 F/g，保留了氧化镍高的电容行为和碳材料的电化学性能，但是由于这种制备方法需要采用难以工业化的碳纳米管，因而不适于规模生产。（樊桢，陈金华，张炳，刘博，旷亚非.超级电容器用氧化镍/碳纳米管复合物电极材料研究[J].中国科技论文在线，2009.）。

张海军等采用采用壳聚糖为碳源，制备了富含介孔的多孔碳材料，并在此基础上利用壳聚糖对金属离子的络合作用，通过对壳聚糖的预处理制备了多孔C/NiO复合材料。在电流密度为0.1A/g下电容达355 F/g,但是在大电流密度下电容量降低，该电极材料的比表面积达到了418m²/g。（张海军，张校刚，原长洲，高 博，孙 康，傅清宾，卢向军，蒋剑春.水溶性壳聚糖制备多孔碳，氧化镍复合材料及其电化学电容行为[J].物理化学学报，2011,27（2），455-460）。

宋怀河等通过将碳纳米管在镍盐乙醇溶液中浸渍，进行还原并进一步焙烧处理等过程，得到碳纳米管/氧化镍复合材料，其中，碳纳米管与氧化镍的质量比为9:1-2:3。由于碳纳米管与氧化镍的质量比不同使电容量从120-400 F/g变化。由于该这种制备方法需要采用难以工业化生产的碳纳米管，因而不适于规模化生产（宋怀河，徐继勇，陈晓红.一种碳纳米管 /氧化镍复合材料及其超级电容器:中国，CN103560018A[P]. 2014-02-05）。

胡俊青等利用乙酸镍、尿素和聚乙烯吡咯烷酮得到氧化镍之后溶于葡萄糖溶液中搅拌得到NiO/C多孔电极材料，这种多孔和材料具有高的比表面积，同时碳层可以提高NiO电极材料的整体导电性，而且碳层和NiO具有协同效应，可以提高比容量和速率比容量。但是用此方法，步骤多且复杂，而且水热反应不易控制。（胡俊青，徐开兵，邹儒佳，李文尧，安磊.一种超级电容器电极材料碳包覆氧化镍NiO/C的制备方法.中国：CN 103219169 A[P]. 2013-07-24）。

综上所述，目前采用的水热法，硬模板法等方法虽然成功合成出了各种纳米结构的氧化镍/碳材料的复合物，但是其合成过程不易控制，且合成过程复杂，最终得到的氧化镍/碳复合纳米材料具有比表面积小，不利于电子/离子的迁移等缺点，因此目前迫切需要研究一种制备过程简单，且最终所得的介孔氧化镍/碳复合纳米材料具有大比表面积、高孔体积以及大孔径的介孔氧化镍/碳复合纳米材料的制备方法。

发明内容