一种纳米管-镍-镍钴硅酸盐催化剂的制备方法技术

本发明专利技术公开一种纳米管‑镍‑镍钴硅酸盐催化剂的制备方法，该方法包括以下步骤：（1）将碳纳米管分散于表面活性剂中，将pH调至10‑14，再添加硅源，制得碳纳米管‑SiO2同轴核壳纳米管；（2）取碳纳米管‑SiO2同轴核壳纳米管，加入镍前驱体和钴前驱体，调整pH为8‑13，在50

【技术实现步骤摘要】
一种纳米管-镍-镍钴硅酸盐催化剂的制备方法
本专利技术涉及一种纳米管-镍-镍钴硅酸盐催化剂的制备方法，属于化学工业
，特别是涉及锂氧电池电极材料。
技术介绍
锂氧电池的理论放电容量可达到11140Wh·kg-1，受到国内外学者广泛关注，碳基材料例如碳纳米管、石墨烯等具有高的导电率、高的比表面积、特殊的结构等常被用作电极材料。当碳材料应用于锂氧电池时，这些碳材料容易与醚基电解液发生副反应，尤其当析氧反应的充电电压大于4.7V时，副反应非常明显，能够产生大量的碳酸锂等副产物。这些碳酸锂副产物会覆盖碳材料的表面，降低碳材料的充放电容量，降低充放电循环次数。现有技术，在碳电极材料表面覆盖一层非碳材料例如贵金属氧化物是抑制生成碳酸锂副产物，提高锂氧电池碳电极循环性能的一种有效的方法。然而，目前这些材料价格较昂贵。即：现在需要一种锂氧电池电极材料的催化剂，具有高的比表面积、高的析氧反应催化活性、高的氧还原催化活性、导电率高、价格低廉，作为锂氧电池电极具有高的放电容量以及循环性能等优点。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种纳米管-镍-镍钴硅酸盐催化剂的制备方法，该催化剂具有高的比表面积、高的析氧反应催化活性、高的氧还原催化活性、能抑制碳酸锂副产物的生成、导电率高、价格低廉等优点，作为锂氧电池电极材料，可以克服现有技术的不足。本专利技术的技术方案是：一种纳米管-镍-镍钴硅酸盐催化剂的制备方法，该方法包括以下几个步骤：（1）将碳纳米管分散于表面活性剂中，添加碱液将pH调至10-14，再添加镀二氧化硅壳层用的硅源，制得碳纳米管-SiO2同轴核壳纳米管；（2）取碳纳米管-SiO2同轴核壳纳米管，加入1g/L～10g/L镍前驱体和1g/L～10g/L钴前驱体，添加碱液调整pH为8-13，在合成温度为50oC～220oC的条件下，制得碳纳米管-镍钴硅酸盐同轴核壳纳米管；（3）将碳纳米管-镍钴硅酸盐同轴核壳纳米管在5%氢气气氛及温度为300oC～800oC的条件下还原，得到碳纳米管-镍-镍钴硅酸盐三同轴核壳催化剂。上述的步骤（1）中，所述的表面活性剂为非离子型表面活性剂或离子型表面活性剂，其中非离子型表面活性剂是C14H22O(C2H4O)n，n=10～15，C15H24O(C2H4O)n，n=5～10中的一种或几种的组合；离子型表面活性剂是烷基季铵盐类表面活性剂CnTAB，n=10～15中的一种或几种的组合。上述的步骤（1）中，所述硅源为正硅酸乙酯、硅酸钠水玻璃、正硅酸甲酯中的一种或几种的组合。上述的步骤（1）中，调整pH的碱液为氢氧化钠、氨水、尿素中的一种或几种的组合。上述的步骤（2）中，水热法中镍前驱体为硝酸镍、醋酸镍、乙酰丙酮镍、草酸镍、油酸镍中的一种或几种的组合。前述的步骤（2）中，所述钴前驱体为硝酸镍、醋酸钴、乙酰丙酮钴、草酸钴、油酸钴中的一种或几种的组合。现有技术比较，本专利技术纳米管-镍-镍钴硅酸盐催化剂的制备方法，该方法包括以下几个步骤：（1）将碳纳米管分散于表面活性剂中，添加碱液将pH调至10-14，再添加镀二氧化硅壳层用的硅源，制得碳纳米管-SiO2同轴核壳纳米管；（2）取碳纳米管-SiO2同轴核壳纳米管，加入1g/L～10g/L镍前驱体和1g/L～10g/L钴前驱体，添加碱液调整pH为8-13，在合成温度为50oC～220oC的条件下，制得碳纳米管-镍钴硅酸盐同轴核壳纳米管；（3）将碳纳米管-镍钴硅酸盐同轴核壳纳米管在5%氢气气氛及温度为300oC～800oC的条件下还原，得到碳纳米管-镍-镍钴硅酸盐三同轴核壳催化剂。通过这样的方法，制成的锂氧电池电极材料，高比表面积（100m2·g-1～300m2·g-1），高放电容量（8000～10100mAhg-1cat），充放电循环次数高（50～60）、低碳酸锂副产物产量（14次充放电循环后副产物比例为50～90%）、高导电率。镍钴硅酸盐包覆碳纳米管并部分还原出镍纳米颗粒，镍纳米颗粒分散在碳纳米管表面以及镍钴硅酸盐相内，形成三同轴核壳结构。镍钴硅酸盐壳层厚度在5nm～30nm，镍纳米颗粒粒径在5nm～12nm。与现有的碳基锂氧电极材料相比较，该合成方法简便快捷，合成原料廉价易得，能够实现大批量合成、价格低廉。制备成锂氧电极后，可有效抑制碳酸锂等副产物的产量，充放电循环次数高。附图说明图1是碳纳米管-镍-镍钴硅酸盐三同轴核壳催化剂的制备方法示意图。图2是碳纳米管-SiO2的透射电镜图。图3是碳纳米管-SiO2的扫描电镜图。图4是碳纳米管-镍钴硅酸盐同轴核壳纳米管透射电镜图。图5是碳纳米管-镍钴硅酸盐同轴核壳纳米管扫描电镜图。图6是碳纳米管-镍-镍钴硅酸盐三同轴核壳催化剂透射电镜图。图7是X射线衍射图。图8是锂氧电池电极材料碳纳米管、碳纳米管-镍钴硅酸盐、碳纳米管-镍-镍钴硅酸盐三同轴核壳催化剂的单次充放电图。图9是锂氧电池电极材料碳纳米管、碳纳米管-镍钴硅酸盐和碳纳米管-镍-镍钴硅酸盐三同轴核壳催化剂的能斯特图。图10是锂氧电池电极材料碳纳米管、碳纳米管-镍钴硅酸盐和碳纳米管-镍-镍钴硅酸盐三同轴核壳催化剂的充放电循环性能图。图11是锂氧电池电极材料碳纳米管、碳纳米管-镍钴硅酸盐和碳纳米管-镍-镍钴硅酸盐三同轴核壳催化剂的X射线能谱图Li1s谱图。具体实施方式一种纳米管-镍-镍钴硅酸盐催化剂的制备方法，该方法包括以下几个步骤：（1）将碳纳米管分散于表面活性剂中，添加碱液将pH调至10-14，再添加镀二氧化硅壳层用的硅源，制得碳纳米管-SiO2同轴核壳纳米管；（2）取碳纳米管-SiO2同轴核壳纳米管，加入1g/L～10g/L镍前驱体和1g/L～10g/L钴前驱体，添加碱液调整pH为8-13，在合成温度为50oC～220oC的条件下，制得碳纳米管-镍钴硅酸盐同轴核壳纳米管；（3）将碳纳米管-镍钴硅酸盐同轴核壳纳米管在5%氢气气氛及温度为300oC～800oC的条件下还原，得到碳纳米管-镍-镍钴硅酸盐三同轴核壳催化剂。实施例1：（1）把碳纳米管分散于乙醇（30mL）、水（10mL）及CnTAB(n=10)（30mg）的混合溶液中。搅拌30min后，加入氨水（30mL），将pH调至10。搅拌30min后，加入10mL正硅酸乙酯。在室温下反应18h后，离心分离，并用甲醇和水的混合溶液洗涤3次。放入干燥箱中在100oC干燥24h。得到碳纳米管-SiO2同轴核壳纳米管，SiO2壳层厚度为15nm（如图2，3所示）。（2）取1g碳纳米管-SiO2，0.3g硝酸镍，0.4g乙酰丙酮钴，加入氨水，调节pH至8。将混合溶液放入高压反应釜中，加热至50oC，反应24h后，冷却至室温。离心分离，并用甲醇，乙醇，水以此洗涤后，放入100度干燥箱。得到碳纳米管-镍钴硅酸盐同轴核壳纳米管（如图4，5所示），比表面积为197m2·g-1，镍钴硅酸盐厚度为16nm。（3）将碳纳米管-镍钴硅酸盐放入马弗炉中在300oC度煅烧4h。然后通入5%氢气，在300度还原0.5h。最终得到碳纳米管镍-镍钴硅酸盐三同轴核壳催化剂（如图6所示），比表面积为190m2·g-1。镍纳米颗粒粒径为8nm。由图7可以看出，虽然经过高温煅烧以及还原，用本合成方法得到的碳纳米管-镍-镍钴硅酸盐三同轴核壳催化剂，镍本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纳米管‑镍‑镍钴硅酸盐催化剂的制备方法，其特征在于，该方法包括以下几个步骤：（1）将碳纳米管分散于表面活性剂中，添加碱液将pH调至10‑14，再添加镀二氧化硅壳层用的硅源，制得碳纳米管‑SiO2同轴核壳纳米管；（2）取碳纳米管‑SiO2同轴核壳纳米管，加入1g/L～10g/L镍前驱体和1g/L～10g/L钴前驱体，添加碱液调整pH为8‑13，在合成温度为50oC～220oC的条件下，制得碳纳米管‑镍钴硅酸盐同轴核壳纳米管；（3）将碳纳米管‑镍钴硅酸盐同轴核壳纳米管在5%氢气气氛及温度为300oC～800oC的条件下还原，得到碳纳米管‑镍‑镍钴硅酸盐三同轴核壳催化剂。

【技术特征摘要】
1.一种纳米管-镍-镍钴硅酸盐催化剂的制备方法，其特征在于，该方法包括以下几个步骤：（1）将碳纳米管分散于表面活性剂中，添加碱液将pH调至10-14，再添加镀二氧化硅壳层用的硅源，制得碳纳米管-SiO2同轴核壳纳米管；（2）取碳纳米管-SiO2同轴核壳纳米管，加入1g/L～10g/L镍前驱体和1g/L～10g/L钴前驱体，添加碱液调整pH为8-13，在合成温度为50oC～220oC的条件下，制得碳纳米管-镍钴硅酸盐同轴核壳纳米管；（3）将碳纳米管-镍钴硅酸盐同轴核壳纳米管在5%氢气气氛及温度为300oC～800oC的条件下还原，得到碳纳米管-镍-镍钴硅酸盐三同轴核壳催化剂。2.根据权利要求1所述的纳米管-镍-镍钴硅酸盐催化剂的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，所述的表面活性剂为非离子型表面活性剂或离子型表面活性剂，其中非离子型表面活性剂为C14H22O(C2H4O)n，n=10～15，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李自卫，李敏，
申请(专利权)人：贵州理工学院，
类型：发明
国别省市：贵州,52