[发明专利]一种带褶皱的超薄Zn‑Ni‑Co三元金属氧化物纳米片及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种带褶皱的超薄Zn-Ni-Co三元金属氧化物纳米片及其制备方法，属于纳米材料合成技术领域。

背景技术

由于日渐增多的燃料消耗，发展一种高能量密度的能量转换和存储设备具有重大意义。目前，电化学存储已经成为世界范围内的研究热点。超级电容器运用于电子运输和能量存储设备已经引起了人们广泛的研究兴趣，超级电容器又叫电化学电容器，较高的能量密度和较大的充放电速率使其能解决现代电子工业的紧急需求，其中电动汽车和大型电网的应用前景尤为广阔。目前，超级电容器电极材料主要分为三类：碳材料、导电聚合物材料以及金属氧化物或氢氧化物材料。

金属氧化物纳米结构的比电容是碳基材料的2-3倍，因此其具有较高的比电容，这也使其成为目前最具潜力的电极材料之一。目前，NiO，Co₃O₄，MnO₂等一元过渡金属氧化物纳米结构材料已经被广泛地应用于超级电容器。但部分一元过渡金属氧化物纳米材料具有污染环境、导电性能差等缺点。随着科学家们不断深入的研究，发现二元、三元等多元金属氧化物纳米材料可以克服这种缺点，例如NiCo₂O₄，MnCo₂O₄，ZnCo₂O₄，Fe-Ni-Co氧化物等。最近研究发现三元金属氧化物纳米材料作为电极材料时，多种金属的协同作用使其具有卓越的电容行为和倍率性能，因此其已引起人们广泛的研究兴趣。

何静等人研究了一种复合金属氧化物气敏材料及其制备方法，以金属盐为原料，以去离子水为溶剂，在尿素和柠檬酸钠的作用下形成了金属复合物并应用于气敏材料的制备。水热反应温度为120℃-180℃，水热反应时间较长，为24h-48h。所制备的产物为片状含铁水滑石，但表面无褶皱。

李晓敏等人研究了一种由纳米薄片组装的镍铁氢氧化物多级微球及其制备方法，以尿素为碱源，以柠檬酸三钠为络合剂，以水和正丁醇为反应溶剂，采用化学溶液混合溶剂热法制备单双层纳米片组装的层状双金属氢氧化物多级微球。

可见，目前众多研究集中于双金属氧化物或氢氧化物的研究上，而有关三元金属氧化物纳米片状材料的研究相对较少，部分三元金属氧化物纳米片状材料的制备方法复杂，形貌单一，比表面积小，缺乏一种高效的三元金属氧化物纳米片状材料的制备方法。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种带褶皱的超薄Zn-Ni-Co三元金属氧化物纳米片的制备方法，这种带褶皱的超薄Zn-Ni-Co三元金属氧化物纳米片可以通过简单高效的溶剂热法成功制备出来。本专利以尿素为沉淀剂，柠檬酸钠为金属离子络合剂，通过调节溶剂中甲醇和水的比例来控制溶剂的极性，进而控制超薄Zn-Ni-Co三元金属氧化物纳米片表面的褶皱数量。纳米片表面增加的褶皱大大增加了产物的比表面积，进而使其在应用中具有更好的电化学性能。

该方法操作简单，产物分散性良好，煅烧除去尿素和柠檬酸钠后，产物表面产生分布均匀的介孔，进一步增加了产物的比表面积。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种带褶皱的超薄Zn-Ni-Co三元金属氧化物纳米片的制备方法，包括以下步骤：以二价Zn、Ni、Co为金属源，以尿素为沉淀剂，以柠檬酸钠为金属离子络合剂，以甲醇和水的混合溶液为溶剂，采用溶剂热法和煅烧制备形成具有褶皱的超薄Zn-Ni-Co三元金属氧化物纳米片，通过调节甲醇和水的比例来控制溶剂的极性，进而控制超薄Zn-Ni-Co三元金属氧化物纳米片表面的褶皱数量；

其中，所述原料的质量比为：尿素：柠檬酸钠：锌盐：镍盐：钴盐＝1:(0.06-0.07):(0.3-0.4):(0.3-0.4):(0.6-0.8)，尿素：甲醇：水的质量体积比为(1.9-2.1)g：(4.5-5.5)mL：(25-35)mL。

为了得到形貌更加理想的Zn-Ni-Co三元金属氧化物纳米片，优选的，所述原料的质量比为：尿素：柠檬酸钠：锌盐：镍盐：钴盐＝1:(0.0605-0.0635):(0.3370-0.3535):(0.3405-0.3570):(0.6815-0.7145)，尿素：甲醇：水的质量体积比为(1.9500-2.0500)g：(4.8-5.1)mL：(29.2-30.8)mL。