一种g-C3N4包覆NiCo2O4复合材料、制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种g‑C3N4包覆NiCo2O4纳米复合材料及其制法，首先是将NiCo2O4生长在集流体上，然后将g‑C3N4生长在所述NiCo2O4的表面，形成对NiCo2O4的包覆，从而得到g‑C3N4包覆NiCo2O4复合材料，本发明专利技术创造性的利用g‑C3N4在超级电容器中的N型“空穴”缺陷，能够非常牢固的包覆在NiCo2O4上形成包覆膜，最终得到核壳结构的g‑C3N4包覆NiCo2O4复合材料，且本发明专利技术将g‑C3N4包覆NiCo2O4能充分利用g‑C3N4表面官能团能提供丰富的活性位点，使得到的复合材料具有优异的性能，且g‑C3N4具有二维层状材料独特的机械强度能提高材料整体的循环稳定性。

G-C3N4 coated NiCo2O4 composite material, preparation method and application thereof

The invention discloses a G C3N4 coated NiCo2O4 nanocomposite and its preparation method. First, the NiCo2O4 is grown on the fluid collector, then the G C3N4 is grown on the surface of the NiCo2O4 to cover the NiCo2O4, thus the G C3N4 encapsulated NiCo2O4 composite material is obtained. The N type \hole\ defect in the device can be very firmly coated on the NiCo2O4 to form a package covering, and finally the nuclear shell structure of the G C3N4 coating NiCo2O4 composite is obtained. And the invention will make full use of the G C3N4 surface functional group to provide rich active sites with the G C3N4 coated NiCo2O4, so that the obtained composite material is excellent. G C3N4 has the unique mechanical strength of two-dimensional layered materials, which can improve the overall cycling stability of materials.

【技术实现步骤摘要】
一种g-C3N4包覆NiCo2O4复合材料、制备方法及其应用
本专利技术涉及氮化碳及钴酸镍领域，特别涉及一种g-C3N4包覆NiCo2O4纳米复合材料及其制备方法。
技术介绍
过渡金属氧化物(TMOs)作为电极材料，近年来引起了广泛的关注。过渡金属氧化物因其具有多种氧化态，这一点对于产生赝电容是极为重要。其中，RuO2因其优异的导电性和高达1580Fg-1的特定电容而备受关注。但由于Ru的成本较高和稀缺性，RuO2基超级电容器的商业化并不乐观。因此近年来，低成本的NiCo2O4、NiO、Co3O4、MnO2、Ni(OH)2、CoMoO4等环保型过渡金属氧化物已被广泛用于超级电容器的电极材料。其中具有尖晶石型结构的钴酸镍(NiCo2O4)，由于其与单纯的镍氧化物和钴氧化物相比具有优越的电化学活性，被认为是一种非常有潜力的超级电容器电极材料。由于电容是由电双层法和法拉第(Faradaic)氧化还原反应(产生于电极的表面和表面/体相中)产生的，电极材料的比表面积和多孔结构是促进电极材料电容性质提高的关键因素。因此近年来形貌控制合成被人们广泛研究，实验证明，通过调整表面积和多孔结构可以提高NiCo2O4电极的比电容。NiCo2O4的各种形态的纳米结构被用于能量储存装置，如花状，多孔，纳米线和纳米片等等。利用三维(3D)导电材料(如Ni金属泡沫和碳布)作为基体来生长NiCo2O4纳米材料也是构建具有高性能比电容的超级电容器电极的非常有效的方法。这种方法避免了使用粘结剂和导电剂的加入，大大减少了粒子间的接触电阻，在工艺上更加简单易行，同时也有效利用了集流体的三维空间结构，使活性材料更加充分直接的与电解液相接触。但是，目前生长在集流体如泡沫镍、碳纸、钛网等上的NiCo2O4纳米材料性能仍然较低，无法满足实际应用的需要。现有的提高NiCo2O4电化学性能的手段有制备不同形貌、不同尺寸的NiCo2O4纳米电极材料，或通过将NiCo2O4与其他氧化物复合或形成复合结构如NiCo2O4@MnO2、NiCo2O4@CoMoO4等，也有通过将NiCo2O4与其他碳材料复合，如与石墨烯、碳纳米管或多孔碳等等复合得到的复合材料。近年来，石墨碳氮化合物(g-C3N4)由于带隙小，热稳定性和化学稳定性好、表面积大以及特殊的光学特性而引起了人们极大的兴趣。石墨相的氮化碳(g-C3N4)由于其在晶格中含有大量的吡咯N“空穴”缺陷，并且空位边缘处的双键氮原子使其在储能领域的备受关注，其中吡咯“空穴”缺陷是N掺杂石墨烯具有高倍率性能的原因。此外，g-C3N4价格低廉，无毒，可以通过简便热解的方法快速合成。但目前为止，g-C3N4主要应用于光催化污染物分解、光解水制氢制氧、光催化有机合成和光催化氧气还原等领域，在电化学电容器领域的研究较少，这主要是由于g-C3N4自身的导电性能相对石墨烯等较差、电容也较低。目前将g-C3N4与NiCo2O4复合制备复合材料的研究极少，如Zhang等人通过油浴加热的方法合成了NiCo2O4/g-C3N4复合材料(“MorphologyDependentSupercapacitanceofNanostructuredNiCo2O4onGraphiticCarbonNitride”,Guanetal.,ElectrochimicaActa200(2016)239–246.)，从测试数据可知虽然g-C3N4与NiCo2O4复合在一起，然而二者实际上只是相互混杂在一起，g-C3N4与NiCo2O4复合的优势并没有充分的发挥出来，从其测试的电化学数据可知，其得到的电容值较低，性能较差。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的在于提供一种g-C3N4包覆NiCo2O4纳米复合材料及其制备方法，该方法得到的NiCo2O4@g-C3N4复合材料相比于单纯的NiCo2O4或g-C3N4具有更加优异的电容性能、机械性能和循环稳定性。本申请的专利技术人经过大量研究后发现，将g-C3N4包覆在NiCo2O4纳米材料上组成的复合材料作为超级电容器电极材料，能显著的提高复合材料的电化学性能。通过研究我们发现，这种复合材料能利用g-C3N4在超级电容器中的N型“空穴”缺陷，可以在NiCo2O4上直接生长g-C3N4。研究表明，纳米结构的NiCo2O4不仅具有更大的比表面积，能使更多的活性位点暴露于电解液中，同时也更有利于电解液离子的扩散，缩短电子传输的路径，此外，三维纳米结构的NiCo2O4具有比碳布纤维和泡沫镍更高的比表面积和丰富的孔道结构，可以作为优异的基底来生长氮化碳薄膜，更为重要的是，考虑到单纯NiCo2O4相对较差的循环稳定性能，将g-C3N4膜包覆在NiCo2O4上，能极大的提升复合材料的机械稳定性能。到目前为止，还未发现有报道将g-C3N4包覆NiCo2O4作为复合材料，并将其用于超级电容器电极材料。根据本专利技术的一方面，本专利技术的目的在于提供一种g-C3N4包覆NiCo2O4复合材料。一种g-C3N4包覆NiCo2O4复合材料，所述的g-C3N4包覆在NiCo2O4的表面上。此处的“包覆”是所属领域技术人员所通常理解的意思，不应理解为g-C3N4与NiCo2O4的混合或简单混杂。优选的，所述的包覆在NiCo2O4材料表面上的g-C3N4的厚度为1-20nm，优选为3-10nm，通过研究发现，包覆在NiCo2O4表面上的g-C3N4的厚度在3-10nm范围内的电容性质较好，因为太厚的厚度会阻碍电解液浸润到复合材料内部，进而影响NiCo2O4与电解液的接触。优选的该g-C3N4包覆NiCo2O4复合材料为核壳结构，即NiCo2O4为核，而g-C3N4为壳；优选的，NiCo2O4生长在集流体上；优选的，集流体可以是泡沫镍、碳布、Ti网等，优选的，NiCo2O4材料生长在碳布上；优选的，生长在碳布上的NiCo2O4具有纳米结构；进一步优选的，该纳米结构可以为纳米线、纳米棒、纳米片、纳米管等。优选的，当将g-C3N4包覆在NiCo2O4的表面上时，NiCo2O4优选NiCo2O4纳米线，这是因为g-C3N4包覆时，由于NiCo2O4纳米线的特殊结构，能使g-C3N4的包覆更加完全，厚度更加容易调控，复合材料的性能更好。优选的，生长在集流体上的NiCo2O4纳米线由NiCo2O4纳米颗粒串联而成的，所述的NiCo2O4纳米颗粒尺寸优选为2-10nm；优选的，生长在集流体上的NiCo2O4纳米线的长度为200nm-3μm，优选0.5-2μm；NiCo2O4纳米线的直径优选为10-100nm，优选为20-50nm。根据本专利技术的另一方面，本专利技术还提供了一种g-C3N4包覆NiCo2O4复合材料的制备方法，该方法包括以下步骤：(1)首先将NiCo2O4生长在集流体上；(2)将g-C3N4生长在所述NiCo2O4的表面，形成对NiCo2O4的包覆，从而得到g-C3N4包覆NiCo2O4复合材料。优选的，所述的集流体可选自泡沫镍、钛网、碳纸等；优选的，所述步骤(1)中可以通过水热法、溶剂热法、回流法、水浴法等将NiCo2O4生长在集流体上；优选的，所述步骤(1)中，所述的将g-C3N4生长在所述NiCo2O4的表面是通过物理气相沉积或化学气相沉积的方式，将g-本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种g‑C3N4包覆NiCo2O4复合材料，其特征在于：所述的g‑C3N4包覆在NiCo2O4的表面上形成g‑C3N4包覆NiCo2O4复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种g-C3N4包覆NiCo2O4复合材料，其特征在于：所述的g-C3N4包覆在NiCo2O4的表面上形成g-C3N4包覆NiCo2O4复合材料。2.根据权利要求1所述的一种g-C3N4包覆NiCo2O4复合材料，NiCo2O4可以生长在集流体上，优选的，集流体可以是泡沫镍、碳布、Ti网等。3.根据权利要求2所述的一种g-C3N4包覆NiCo2O4复合材料，生长在集流体上的NiCo2O4具有纳米结构，所述的纳米结构可以为纳米线、纳米棒、纳米片、纳米管等。4.根据权利要求1-3任一项所述的一种g-C3N4包覆NiCo2O4复合材料，所述的包覆在NiCo2O4的表面上的g-C3N4的厚度为1-20nm。5.一种g-C3N4包覆NiCo2O4复合材料的制备方法，该方法包括以下步骤：(1)将NiCo2O4生长在集流体上；(2)将g-C3N4生长在所述NiCo2O4的表面，形成对NiCo2O4的包覆，从而得到g-C3N4包覆NiCo2O4复合材...

【专利技术属性】
技术研发人员：李涛，郭文，明淑君，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42