以乙二醇和水为溶剂体系水热法制备纳米钴酸镍的方法技术

本发明专利技术属于纳米材料领域，公开一种以乙二醇和水为溶剂体系水热法制备纳米钴酸镍的方法。步骤为：以乙二醇和水为溶剂体系，以六水硝酸镍，六水硝酸钴和尿素为原料，利用水热法制备纳米钴酸镍。以乙二醇和水为溶剂体系制备的钴酸镍具有分层的微孔结构，尺寸较小，有利于活性物质与电解液的充分接触，具有更好的导电性和更高的电化学活性与稳定性。本发明专利技术采用水热法制备纳米尖晶石结构的钴酸镍，表明了其潜在成为先进超级电容器电极的应用，其也激发二元金属氧化物作为能量转换材料的研究，并提供了大规模生产高性能超级电容器电极的一个新的路线，易于实现工业化。

【技术实现步骤摘要】
以乙二醇和水为溶剂体系水热法制备纳米钴酸镍的方法
本专利技术属于纳米材料领域，涉及一种水热法制备纳米钴酸镍的方法，特别涉及以乙二醇和水为溶剂体系制备纳米钴酸镍的方法。
技术介绍
能源与环境成为当今中国可持续发展的主题，近年来由于过度使用化石燃料，环境污染和能源存储短缺引起了人们的日益关注。高性能的电源，如超级电容器和锂离子电池，已成为一个许多研究人员特别感兴趣的领域。超级电容器，也被称为电化学电容器，具有如高能量密度，快速充放电率，循环寿命长，维护成本低等优点。许多工作都集中于负极材料，特别是过渡金属氧化物，如四氧化三钴，氧化镍，三氧化二铁，二氧化锰，氧化锌，钴酸镍等由于其较高的理论比容量已经引起极大关注。双金属氧化物钴酸镍，具有成本低，稳定性高，资源丰富，环保性，优良的微波吸收性能，可控的大小和形状的优势，众所周知，材料的大小和形貌可影响其电化学性能。不同形貌的钴酸镍，如纳米片，纳米球，纳米颗粒，纳米棒，纳米针和纳米线等，广泛用于超级电容器，电化学传感器，药物递送和锂离子电池等领域。尖晶石结构的钴酸镍是由于一个钴原子被镍原子代替，和镍氧化物或钴氧化物相比，具有更好的导电性和更高的电化学活性。目前，纳米钴酸镍的制备方法主要有主要包括溶胶-凝胶法，水热合成和电沉积过程。其中，水热法因设备简单、易于操作而广泛应用。利用水热法可以制备出其它方法无法合成的新材料、新化合物,其特点是产物分散性好、纯度高、颗粒较易控制。电极材料的电化学的性能高度依赖于电极的结构，包括形态，大小和表面的条件等。因此，本文采用水热法制备出不同形貌的钴酸镍，操作过程简单，成本较低，所得产物颗粒均匀，性能优良，团聚程度较小，形貌较好，易于实现工业化。
技术实现思路
本专利技术的目的是采用乙二醇和水为溶剂体系，以六水硝酸镍，六水硝酸钴和尿素为原料，利用水热法制备纳米钴酸镍。方法简单，原料较容易得到，制备成本较低，污染较少，适用于工业化生产。本专利技术的技术方案如下：以乙二醇和水为溶剂体系水热法制备纳米钴酸镍的方法，包括如下步骤：（1）称量一定量镍盐和钴盐，在磁力搅拌条件下溶解在水和乙二醇的混合溶剂中，得到混合液A；（2）在步骤（1）所得的混合液A中，加入一定量的沉淀剂，在磁力搅拌条件下搅拌形成均匀的混合物B；；（3）将步骤（2）所得的混合物B转移到反应釜中，在120~160℃温度下反应12h，自然冷却至室温后，将所得产物离心分离，分别用去离子水和无水乙醇清洗3遍，将分离后的固体放入恒温干燥箱中干燥；得到钴酸镍前驱体；（4）将马弗炉程序升温至煅烧温度，然后将步骤（3）所得的钴酸镍前驱体置于马弗炉中煅烧，煅烧结束得到最终产物钴酸镍。步骤（1）中，所述镍盐和钴盐分别是六水合硝酸镍和六水合硝酸钴，六水合硝酸镍和六水合硝酸钴物质的量之比为1：2。步骤（1）中，水和乙二醇的混合溶剂中，水和乙二醇的体积比为1:1。步骤（2）中，所述沉淀剂为尿素，所述步骤（1）中镍盐和钴盐物质的量总和与步骤（2）中尿素的物质的量之比为1：3。步骤（2）中，所述磁力搅拌的时间为0.5小时。步骤（3）中，所述恒温干燥的温度为60℃，时间为12h。步骤（4）中，所述煅烧温度为300~350℃，煅烧时间为2h；所述马弗炉程序升温的速率为2℃/min。本实验所用的试剂皆为分析纯，均为市售。本专利技术的有益效果：本专利技术以乙二醇和水为溶剂体系，以六水硝酸镍，六水硝酸钴和尿素为原料，利用水热法制备纳米钴酸镍。方法简单，原料较容易得到，制备成本较低，污染较少，所得产物颗粒均匀，性能优良，团聚程度较小，适用于工业化生产。附图说明图1样品的X射线衍射图谱（XRD），图中a是实施例1样品的XRD图谱，图中b是实施例2样品的XRD图谱，图中c是实施例3样品的XRD图谱,图中d是实施例4样品的XRD图谱，图中e是实施例5样品的XRD图谱；图2实施例1样品的扫描电子显微镜（SEM）图谱；图3实施例1样品的透射电子显微镜（TEM）图谱。具体实施方式下面结合说明书附图和具体实施实例对本专利技术做进一步说明，以使本领域技术人员更好地理解本专利技术，但本专利技术并不局限于以下实施例。实施例1称量0.4351克六水合硝酸镍和0.8739克六水合硝酸钴，在磁力搅拌条件下溶解在40毫升的溶剂中（20毫升水和20毫升乙二醇）；随后加入0.8106克的尿素，在磁力搅拌条件下搅拌0.5小时形成均匀的混合物；将上述混合溶液转移到反应釜中，在160℃温度下反应12h，自然冷却至室温后，将所得产物离心分离，分别用去离子水和无水乙醇清洗3遍，将分离后的固体放入60℃的恒温干燥箱中干燥12h；然后将所得钴酸镍前驱体在350℃的马弗炉中煅烧2小时，马弗炉以每分钟2℃的条件进行升温，得到最终产物钴酸镍，样品的XRD图如图1a。实施例2称量0.4357克六水合硝酸镍和0.8736克六水合硝酸钴，在磁力搅拌条件下溶解在40毫升的溶剂中（40毫升去离子水）；随后加入0.8096克的尿素，在磁力搅拌条件下搅拌0.5小时形成均匀的混合物；将上述混合溶液转移到反应釜中，在160℃温度下反应12h，自然冷却至室温后，将所得产物离心分离，分别用去离子水和无水乙醇清洗3遍，将分离后的固体放入60℃的恒温干燥箱中干燥12h；然后将所得钴酸镍前驱体在350℃的马弗炉中煅烧2小时，马弗炉以每分钟2℃的条件进行升温，得到最终产物钴酸镍，样品的XRD图如图1b。实施例3称量0.4359克六水合硝酸镍和0.8741克六水合硝酸钴，在磁力搅拌条件下溶解在40毫升的溶剂中（40毫升乙二醇）；随后加入0.8102克尿素，在磁力搅拌条件下搅拌0.5小时形成均匀的混合物；将上述混合溶液转移到反应釜中，在160℃温度下反应12h，自然冷却至室温后，将所得产物离心分离，分别用去离子水和无水乙醇清洗3遍，将分离后的固体放入60℃的恒温干燥箱中干燥12h；然后将所得钴酸镍前驱体在350℃的马弗炉中煅烧2小时，马弗炉以每分钟2℃的条件进行升温，得到最终产物钴酸镍，样品的XRD图如图1c。实施例4称量0.4351克六水合硝酸镍和0.8732克六水合硝酸钴，在磁力搅拌条件下溶解在40毫升的溶剂中（水和乙二醇比例为1:1）；随后加入0.8112克尿素，在磁力搅拌条件下搅拌0.5小时形成均匀的混合物；将上述混合溶液转移到反应釜中，在120℃温度下反应12h，自然冷却至室温后，将所得产物离心分离，分别用去离子水和无水乙醇清洗3遍，将分离后的固体放入60℃的恒温干燥箱中干燥12h；然后将所得钴酸镍前驱体在300℃的马弗炉中煅烧2小时，马弗炉以每分钟2℃的条件进行升温，得到最终产物钴酸镍，样品的XRD图如图1d。实施例5称量0.4362克六水合硝酸镍和0.8728克六水合硝酸钴，在磁力搅拌条件下溶解在40毫升的溶剂中（水和乙二醇比例为1:1）；随后加入0.8102克尿素，在磁力搅拌条件下搅拌0.5小时形成均匀的混合物；将上述混合溶液转移到反应釜中，在140℃温度下反应12h，自然冷却至室温后，将所得产物离心分离，分别用去离子水和无水乙醇清洗3遍，将分离后的固体放入60℃的恒温干燥箱中干燥12h；然后将所得钴酸镍前驱体在300℃的马弗炉中煅烧2小时，马弗炉以每分钟2℃的条件进行升温，得到最终产物钴酸镍，样品的XRD本文档来自技高网...

【技术保护点】
以乙二醇和水为溶剂体系水热法制备纳米钴酸镍的方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）称量一定量镍盐和钴盐，在磁力搅拌条件下溶解在水和乙二醇的混合溶剂中，得到混合液A；（2）在步骤（1）所得的混合液A中，加入一定量的沉淀剂，在磁力搅拌条件下搅拌形成均匀的混合物B；（3）将步骤（2）所得的混合物B转移到反应釜中，在120~160℃温度下反应12h，自然冷却至室温后，将所得产物离心分离，分别用去离子水和无水乙醇清洗3遍，将分离后的固体放入恒温干燥箱中干燥；得到钴酸镍前驱体；（4）将马弗炉程序升温至煅烧温度，然后将步骤（3）所得的钴酸镍前驱体置于马弗炉中煅烧，煅烧结束得到最终产物钴酸镍。

【技术特征摘要】
1.以乙二醇和水为溶剂体系水热法制备纳米钴酸镍的方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）称量一定量镍盐和钴盐，在磁力搅拌条件下溶解在水和乙二醇的混合溶剂中，得到混合液A；（2）在步骤（1）所得的混合液A中，加入一定量的沉淀剂，在磁力搅拌条件下搅拌形成均匀的混合物B；（3）将步骤（2）所得的混合物B转移到反应釜中，在120~160℃温度下反应12h，自然冷却至室温后，将所得产物离心分离，分别用去离子水和无水乙醇清洗3遍，将分离后的固体放入恒温干燥箱中干燥；得到钴酸镍前驱体；（4）将马弗炉程序升温至煅烧温度，然后将步骤（3）所得的钴酸镍前驱体置于马弗炉中煅烧，煅烧结束得到最终产物钴酸镍。2.根据权利要求1所述的以乙二醇和水为溶剂体系水热法制备纳米钴酸镍的方法，其特征在于，步骤（1）中，所述镍盐和钴盐分别是六水合硝酸镍和六水合硝酸钴，六水合硝酸镍和六水合硝酸钴物质的量之比为1：2。3.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：王俊杰，孙友杰，郝臣，王晓红，杨滢璐，黎珺，高海文，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32