一種NiCo2O4@碳納米管復合材料的制備方法技術

一種NiCo2O4@碳納米管復合材料的制備方法，它涉及一種NiCo2O4納米顆粒填充碳納米管的制備方法，包括步驟：將碳納米管溶于二甘醇中超聲分散60?min，然后按Ni2+/Co2+摩爾比為1:2加入Ni(NO3)2·6H2O和Co(NO3)2·6H2O，在80℃下充分攪拌均勻后逐滴加入一定量的NH3·H2O得到混合溶液；將所述混合溶液移入反應釜，置換CO2，置換之后將CO2的壓強調到0.05~0.1?MPa；將反應釜放進烘箱中，設置溫度為160~240℃，反應時間為10~24?h；所得產物用乙醇和蒸餾水清洗至中性，離心分離，在300℃煅燒2?h得到NiCo2O4@碳納米管復合材料。本發明專利技術方法具有填充過程溫度低、操作簡單和避免了酸處理對碳納米管結構的破壞等優點；所獲得的NiCo2O4@碳納米管復合材料用于超級電容器電極時具有較高的比電容值和良好的電化學性能穩定性。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及復合材料領域，具體涉及一種NiCo2O4納米顆粒填充碳納米管的制備方法。
技術介紹
超級電容器因其具有高功率密度、充電短時間和循環壽命長等諸多優點，廣泛用于通信，航空航天，大型工業裝備，微電子器件等諸多等要求瞬間釋放超大電流的場合，尤其是在新能源汽車領域有著廣闊的應用前景。電極材料是影響超級電容器性能的關鍵因素，以RuO2等貴金屬氧化物因其贗電容原理有較大的比電容值，但昂貴的價格和毒性限制了其商業化應用。一些廉價金屬氧化物代替貴金屬作為超級電容器電極材料成為研究熱點。NiCo2O4是一種典型的尖晶石結構復合金屬氧化物，存在Co3+/Co2+及Ni3+/Ni2+氧化還原電對，可以獲得較高的工作電壓窗口和比電容值，同時因其廉價無毒表現為極具潛力的超級電容器電極材料，受到了眾多研究者的廣泛關注。然而NiCo2O4與貴金屬氧化物相比，由于其導電性較差，導致比電容偏低，在大電流密度下充循環沖放電不夠穩定。因此，人們考慮將NiCo2O4與碳材料或導電聚合物進行復合來提高材料的導電性，以達到增強其電化學性能的目的。碳納米管（CNTs）主要由呈六邊形排列的碳原子構成的單層或數層的同軸圓管構成，是特殊的一維中空的納米結構，具有優良的耐熱、耐腐蝕、耐沖擊性能，而且傳熱和導電性能好，使其有制備大容量超級電容器的潛在優勢。但CNTs單獨作為超級電容器電極材料比電容值過低，一般只有40F/g。鑒于金屬氧化物和碳納米管之間的互補性，通?？紤]將其復合，使該復合產物既具有贗電容特性，又具有雙電層特性，從而制備出具有高比電容、高導電率、循環充放電穩定的超級電容器電極材料。目前，金屬氧化物與碳納米管的復合有金屬氧化物負載在碳納米管表面和金屬氧化物填充到碳納米管中兩種方式。其中金屬氧化物負載在碳納米管表面的復合方式往往存在結合力不強，在超級電容器充放電的過程中金屬氧化物容易脫離碳納米管的缺點。所以金屬氧化物填充到碳納米管中成為人們研究的熱點。目前碳納米管的填充主要有原位填充方法和毛細管作用填充方法兩大類。原位填充方法是指碳納米管的填充過程和生長過程同步進行，即直接制備碳納米管包覆外來物質，因此不需要碳納米管的開口階段，這一類方法主要為電弧放電法，這種方法需要在幾百度甚至上千度的溫度下進行，填充的物質一般以金屬碳化物的形式存在，而且填充率很低。毛細管作用填充方法是利用碳納米管中空內腔的毛細管作用，使外來物質填充進入碳納米管的方法，這種填充方法條件相對比較溫和，對填充的物質適應性廣，填充率更高。然而目前幾乎所有的毛細管作用填充方法都要經過強酸處理使碳納米管開口這一步驟，強酸處理會破壞碳納米管的結構，在一定程度上影響碳納米管的性質。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種NiCo2O4@碳納米管復合電極材料的制備方法，該制備方法可避免強酸處理破壞碳納米管的結構，所制得的NiCo2O4@碳納米管復合材料可以提高超級電容器電極材料的比電容和循環充放電穩定性。為了實現上述目的，本專利技術提供一種NiCo2O4@碳納米管復合材料的制備方法，其特征在于，具體包括以下步驟：將碳納米管溶于二甘醇中超聲分散60min，然后按Ni2+/Co2+摩爾比為1:2加入Ni(NO3)2·6H2O和Co(NO3)2·6H2O，在80℃下充分攪拌均勻后逐滴加入一定量的NH3·H2O得到混合溶液；將所述混合溶液移入反應釜，置換CO2，置換之后將CO2的壓強調到0.05~0.1MPa；將反應釜放進烘箱中，設置溫度為160~240℃，反應時間為10~24h；所得產物用乙醇和蒸餾水清洗至中性，離心分離，在300℃煅燒2h得到NiCo2O4@碳納米管復合材料。本專利技術優點：一、本專利技術沒有用強酸處理碳納米管，對碳納米管的結構幾乎沒有破壞；二、本專利技術具有操作簡單、環境友好、耗能低等優點；三、所獲得的NiCo2O4@碳納米管復合材料用于超級電容器電極時具有較高的比電容值和良好的電化學性能穩定性。本專利技術采用X射線衍射技術（XRD）分析本專利技術制備的NiCo2O4@碳納米管復合材料的物相，采用投射電子顯微鏡（TEM）表征本專利技術制備的NiCo2O4@碳納米管復合材料的微觀結構，采用電化學工作站來測試本專利技術制備的NiCo2O4@碳納米管復合材料的電化學性能，可知本專利技術成功制備出了具有較高的比電容值和良好的電化學性能穩定性的NiCo2O4@碳納米管復合材料。附圖說明圖1是實施方式一制備的NiCo2O4@碳納米管復合材料的XRD曲線圖，證實制備的NiCo2O4@碳納米管復合材料含有NiCo2O4物相和碳納米管物相。圖2是實施方式一制備的NiCo2O4@碳納米管復合材料的TEM圖，通過圖2可知本專利技術制備的NiCo2O4@碳納米管復合材料形成了NiCo2O4填充碳納米管的結構。圖3是實施方式一制備的NiCo2O4@碳納米管復合材料在電流密度為2A/g的恒流充放電曲線和循環穩定性能圖，通過圖3可知本專利技術制備的NiCo2O4@碳納米管復合材料第998~1000循環充放電曲線和保持了第1~3循環充放電曲線特性；第1循環的比電容值為1082.8F/g，經過1000次循環后為1067.2F/g，仍保持98.5%以上的比電容值。具體實施方式下面是結合具體實施例，進一步闡述本專利技術。這些實施例僅用于說明本專利技術，但不用來限制本專利技術的范圍。具體實施方式一：一種NiCo2O4@碳納米管復合電極材料的制備方法：將10mg碳納米管溶于60ml二甘醇中超聲分散60min，然后加入1.5mmolNi(NO3)2·6H2O和3mmolCo(NO3)2·6H2O，在80℃下充分攪拌均勻后逐滴加入9mmolNH3·H2O得到混合溶液；將所述混合溶液移入反應釜，置換CO2，置換之后將CO2的壓強調到0.05MPa；將反應釜放進烘箱中，設置溫度為160℃，反應時間為24h；所得產物用乙醇和蒸餾水清洗至中性，離心分離，在300℃煅燒2h得到NiCo2O4@碳納米管復合材料。具體實施方式二：一種NiCo2O4@碳納米管復合電極材料的制備方法：將20mg碳納米管溶于60ml二甘醇中超聲分散60min，然后加入1.5mmolNi(NO3)2·6H2O和3mmolCo(NO3)2·6H2O，在80℃下充分攪拌均勻后逐滴加入13.5mmolNH3·H2O得到混合溶液；將所述混合溶液移入反應釜，置換CO2，置換之后將CO2的壓強調到0.05MPa；將反應釜放進烘箱中，設置溫度為200℃，反應時間為18h；所得產物用乙醇和蒸餾水清洗至中性，離心分離，在300℃煅燒2h得到NiCo2O4@碳納米管復合材料。具體實施方式三：一種NiCo2O4@碳納米管復合電極材料的制備方法：將10mg碳納米管溶于60ml二甘醇中超聲分散60min，然后加入1.5mmolNi(NO3)2·6H2O和3mmolCo(NO3)2·6H2O，在80℃下充分攪拌均勻后逐滴加入4.5mmolNH3·H2O得到混合溶液；將所述混合溶液移入反應釜，置換CO2，置換之后將CO2的壓強調到0.1MPa；將反應釜放進烘箱中，設置溫度為240℃，反應時間為10h；所得產物用乙醇和蒸餾水清洗至中性，離心分離，在300℃煅燒2h得到NiCo2O4@碳納米管復合材料。具體實施方式四：本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種NiCo2O4@碳納米管復合材料的制備方法，其特征在于，由以下步驟組成：將碳納米管溶于二甘醇中超聲分散60?min，然后按Ni2+/Co2+摩爾比為1:2加入Ni(NO3)2·6H2O和Co(NO3)2·6H2O，在80?℃下充分攪拌均勻后逐滴加入一定量的NH3·H2O得到混合溶液；將所述混合溶液移入反應釜，置換CO2，置換之后將CO2的壓強調到0.05~0.1?MPa；將反應釜放進烘箱中，設置溫度為160~240?℃，反應時間為10~24?h；所得產物用乙醇和蒸餾水清洗至中性，離心分離，在300℃煅燒2?h得到NiCo2O4@碳納米管復合材料。

【技術特征摘要】
1.一種NiCo2O4@碳納米管復合材料的制備方法，其特征在于，由以下步驟組成：將碳納米管溶于二甘醇中超聲分散60min，然后按Ni2+/Co2+摩爾比為1:2加入Ni(NO3)2·6H2O和Co(NO3)2·6H2O，在80℃下充分攪拌均勻后逐滴加入一定量的NH3·H2O得到混合溶液；將所述混合溶液移入反應釜，置換CO2，置換之后將CO2的壓強調到0.05~0.1MPa；將反應釜放進烘箱中，設置溫度為160~...

【專利技術屬性】
技術研發人員：徐靖才，王攀峰，王新慶，彭曉領，洪波，金頂峰，金紅曉，李靜，楊艷婷，
申請(專利權)人：徐靖才，
類型：發明
國別省市：浙江;33