[发明专利]一种石墨烯包覆的Co掺杂的Ni3(NO3)2(OH)4复合电极材料的制备方法

说明书

一种石墨烯包覆的Co掺杂的Ni₃(NO₃)₂(OH)₄复合电极材料的制备方法属于材料领域，通过一步溶剂热法制备石墨烯包覆的Co掺杂的Ni₃(NO₃)₂(OH)₄复合电极材料，纳米粒子的尺寸大概在150‑200nm左右，具体步骤为：制备氧化石墨烯；将氧化石墨烯超声分散于环己醇溶剂中，再将硝酸镍、硝酸钴超声溶解于上述液，120℃～200℃条件下进行水热反应6h～24h后得到粗产物，粗产物水洗、离心、真空干燥后得到该复合材料。本发明制备工艺简单、快捷、能耗低，且不需要加入任何碱性物质和氧化剂；石墨烯的包覆能够极大地提高该复合材料的导电性能；复合材料具有高的比电容及倍率性能，有望用作超级电容器电极材料。

技术领域

本发明属于材料领域，特别涉及一种石墨烯包覆的Co掺杂Ni₃(NO₃)₂(OH)₄复合电极材料及其制备方法，该复合材料可用来作为超级电容器的电极材料。

背景技术

随着科学技术的日益进步，可再生能源的生产、储存以及消耗，是当今世界所面临的主要难题。因此，构筑再生的可持续能源就得到了广泛的关注。超级电容器作为一种新型的能源储存设备，具有功率密度高、充电时间短、循环效率高、循环寿命长等优点，拥有高于传统电容器的比电容量及高于电池的功率密度，被广泛应用于通讯、航空、电动汽车等领域。然而，目前的超级电容器能量密度很低，开发能量密度高兼具髙功率密度、高比容量及循环稳定性的新型电极材料，是当前超电容器研究领域中的主要焦点。

石墨烯独特的结构使其拥有很多优良的性能，如比表面积大、载流子迁移速度快等优点，被认为是最具应用潜力的碳基材料之一，但是石墨烯由于π-π相互作用极易发生团聚，极大地降低了石墨烯的比表面积，限制了它单独作为电极材料的大规模应用。

Co-Ni基复合物作为一种赝电容材料，具有理论比容量高、环保、储量丰富等优点，但是因其导电性差的缺点，严重阻碍了电子传输路径，导致循环寿命短、稳定性差，限制了Co-Ni基复合物作为一种高性能电极材料的应用。

发明内容

本发明目的在于解决上述一系列问题，公开了一种作为超级电容器材料的石墨烯包覆的Co掺杂的Ni₃(NO₃)₂(OH)₄复合电极材料的制备方法。该方法制备工艺简单，不需要加入任何的碱源和氧化剂。加入的溶剂环己醇与NO3^-在高温下释放OH^-作为碱源，相较于Co²⁺，Ni²⁺优先与溶液中的阴离子NO^3-、OH^-相结合形成Ni₃(NO₃)₂(OH)₄纳米粒子，随着Ni²⁺的消耗，Co²⁺掺杂进入纳米粒子中，于此同时，石墨烯上的含氧官能团与金属离子发生静电相互作用，从而得到了石墨烯包覆的Co掺杂的Ni₃(NO₃)₂(OH)₄复合电容材料，该复合材料解决了石墨烯容易堆叠、Co-Ni基复合物导电性差的缺点，具有较高的比电容。

为了达到上述目的，本发明的技术方案为：

一种石墨烯包覆的Co掺杂的Ni₃(NO₃)₂(OH)₄复合电极材料，通过溶剂环己醇与溶液中NO₃^-在高温下来释放OH^-，金属离子与其结合，生长成为150-200nm 尺寸的粒子，同时在静电作用下实现了石墨烯的包覆。