Ni-M-O-H纳米晶及其可控式合成方法和在制备超级电容器中的应用技术

本发明专利技术公开了一种Ni‑M‑O‑H纳米晶及其可控式合成方法和在制备超级电容器中的应用，属于纳米领域。我们通过控制反应体系中OA的用量来控制超薄层状Ni‑M‑O‑H(M=Ce,Y,Yb)纳米晶的形貌及厚度。通过这一可控地合成方法我们获得了一种超薄层状Ni‑M‑O‑H(M=Ce,Y,Yb)纳米晶，其具有优异的超级电容器性能，在制备超级电容器中具有重要意义。同时由于该合成方法具有工艺简单，反应温度低，时间短，适合于批量生产的工业化特点。

Ni M O H nanocrystals and controllable synthesis methods and application of super capacitor in the system

The invention discloses a method for synthesizing Ni M O H nanocrystals and controllable preparation and application of super capacitor in the system, belonging to the field of nanotechnology. We can control the reaction system to control the amount of OA Ni M O thin layered H (M=Ce, Y, Yb) morphology and thickness of nanocrystals. Through the controllable synthesis method we obtain a thin layered Ni M O H (M=Ce, Y, Yb) nanocrystals, which has super capacitor with excellent performance, in the preparation of super capacitor has important significance. At the same time, the synthesis method has the advantages of simple process, low reaction temperature and short time, and is suitable for the industrialization characteristics of mass production.

【技术实现步骤摘要】
Ni-M-O-H纳米晶及其可控式合成方法和在制备超级电容器中的应用
本专利技术公开了一种Ni-M-O-H纳米晶及其可控式合成方法和在制备超级电容器中的应用，属于纳米领域。
技术介绍
传统能源资源日益减少，已经不能满足国民经济发展的需要。而中国的新能源资源比较丰富，在这种现实的大背景下，可再生能源和绿色能源的开发近来吸引了广泛的研究兴趣。在寻找清洁、高效和可再生能源的同时，也积极关注能量存储。其中超级电容器作为一种清洁高效的储能装置引起的科学界的广泛关注，进一步拓宽了能源领域的研究范围。文献研究表明，氢氧化镍是研究得较多的过渡金属氢氧化物，氢氧化镍作为电容器的活性物质时利用氢氧化镍氧化与还原过程中可逆性好、反应速度快的特点。但掺杂稀土使之形成Ni-M层状双氢氧化合物的报道很少，能够可控合成超薄层状Ni-M-O-H(M=Ce,Y,Yb)的报道几乎没有。因此，研发高效的具有特殊结构的Ni基纳米晶合成方法是目前研究的热点，特别是可用于超级电容器电极材料具有重要意义和巨大挑战。
技术实现思路
本专利技术的目的之一是开发一种新型、高效的超级电容器电极。为了实现这一目的，我们公开了一种超薄层状Ni-M-O-H纳米晶，这里的Ni-M-O-H中的M是指Ce、Y、Yb三种稀土金属，同时还需要说明的是这里的Ni-M-O-H是指Ni-M双氢氧化合物纳米晶。值得强调的是我们这里所述的超薄是指厚度约为10-20nm。且本专利技术获得的纳米晶的晶相为六方相。进一步地，我们还公开了这种超薄层状Ni-M-O-H纳米晶的可控式合成方法是依赖于调节油酸的添加量实现层状Ni-M-O-H纳米晶厚度的控制。当OA用量为3mL时，Ni-M-O-H纳米晶较厚；当OA用量为5mL时，Ni-M-O-H纳米晶明显变薄；当OA用量为10mL时，Ni-M-O-H纳米晶变得较薄但形貌变得无规则。该合成方法可以具体描述为：将Ni(CH3COO)2∙4H2O，M的水合硝酸盐，如果M为Ce的话则用(NH4)2Ce(NO3)6代替M的水和硝酸盐，加入到十二胺、十八碳烯（ODE）以及控制量的油酸(OA)、溶液中，然后逐步升温至180°C后，维持反应，并在这一温度下反应得到含有Ni-M-O-H纳米晶的产物，通过分散沉降、离心分离得到Ni-M-O-H(M=Ce,Y,Yb)纳米晶产品。其中，当Ni(CH3COO)2∙4H2O为1.81mmol时，M水合硝酸盐或(NH4)2Ce(NO3)6的添加量为0.18mmol，ODE的添加量为10mL，十二胺的添加量为5mL，OA的添加量为5-7mL。其中优选地，OA的添加量为5mL。当OA用量为5mL时，Ni-M-O纳米晶最薄，聚集程度最小，结构最规整。进一步优选地，我们公开在纳米晶的制备中按照3-4oCmin-1的升温速率逐步升温。其中更为优选的方案是按照3℃min-1的升温速率逐步升温。另外，作为优选我们公开了将反应后的产物用体积比为1:1的无水乙醇-正庚烷混合溶液分散沉降。并且采用无水乙醇-正庚烷分散沉降、离心分离的操作可以重复5-6次。进一步地，我们更为优选的方式是在采用无水乙醇-正庚烷分散沉降、离心分离后再采用体积比为1:1的去离子水-无水乙醇混合溶液洗涤可能残余的Ni2+或Mn+离子，这个洗涤过程可以重复1-2次。进一步地，我们还给出了优选的反应时间为18h。当温度达到我们所期待的温度后，保持温度恒定并反应18h。同时本专利技术还公开了这一超薄层状Ni-M-O-H纳米晶在制备超级电容器电极材料中的应用。本专利技术所制得的Ni-M-O纳米晶采用透射电子显微镜（TEM）分析其尺寸、形貌和微结构等。同时值得注意的是，由于氢氧化镍具有薄的层状结构以及很大的比表面积，使得本材料具有更多的活性位点以及更大的电化学活性，另外稀土元素的掺入使得氢氧化镍具有更加丰富的可调性，因此在超级电容器的应用中表现出更好的性能。本专利技术所制得的Ni-M-O-H(M=Ce,Y,Yb)纳米晶具有优异的超级电容器性能，能够快速的充放电，即高效的储存电能。经检测其性能优于目前市售的超级电容器材料，对于可再生能源技术发展具有重要的指导意义。本专利技术中所涉及的Ni-M-O-H(M=Ce,Y,Yb)纳米晶合成方法中可以在较低的温度条件下可控地合成Ni-M-O-H(M=Ce,Y,Yb)纳米晶，利用改变溶剂的量，十分方便的控制Ni-M-O-H(M=Ce,Y,Yb)纳米晶的形貌，工艺简单，反应温度低，时间短，适合于批量生产。附图说明图1为本专利技术合成的不同OA用量的Ni-M-O-H(M=Ce,Y,Yb)纳米晶TEM图；其中图1a为OA用量3mL的Ni-Yb-O-H纳米晶，图1b为OA用量5mL的Ni-Yb-O-H纳米晶。图1c为OA用量3mL的Ni-Y-O-H纳米晶，图1d为OA用量5mL的Ni-Y-O-H纳米晶。图1e为OA用量3mL的Ni-Ce-O-H纳米晶，图1f为OA用量10mL的Ni-Ce-O-H纳米晶。图2为本专利技术合成的Ni-Yb-O-H-3纳米晶SEM图。图3为本专利技术合成的超级电容器性能高测试图，其中图3a为Ni-Yb-O-H-3纳米晶线性扫描伏安法（CV）曲线，图3b为Ni-Yb-O-H-3纳米晶横流充放电（GCD）曲线；图3c为Ni-Ce-O-H纳米晶线性扫描伏安法（CV）曲线，图3d为Ni-Ce-O-H纳米晶横流充放电（GCD）曲线；图3e为Ni-Y-O-H纳米晶线性扫描伏安法（CV）曲线，图3f为Ni-Y-O-H纳米晶横流充放电（GCD）曲线。具体实施方式下面通过具体实施例对本专利技术所述的技术方案给予进一步详细的说明，但有必要指出以下实施例只用于对
技术实现思路
的描述，并不构成对本专利技术保护范围的限制。实施例1室温下，称量0.4504g的Ni(CH3COO)2∙4H2O和0.0808g的Yb(NO3)6∙5H2O倒入装有ODE10mL，十二胺5mL，OA3mL的聚四氟乙烯内衬中，磁力搅拌15min后分别放入不锈钢反应釜中，拧紧釜盖。放入烘箱中，调节温度为180℃，反应时间18h。待反应结束后降温至室温，打开反应釜，加入适量无水乙醇-正庚烷(体积比1:1)分散，离心分离固体。将固体洗涤后得到淡绿色产物Ni-Yb-O-H-3，在真空干燥箱里真空干燥过夜后，用于分析表征。实施例2室温下，称量0.4504g的Ni(CH3COO)2∙4H2O和0.0808g的Yb(NO3)6∙5H2O倒入装有ODE10mL，十二胺5mL，OA5mL的聚四氟乙烯内衬中，磁力搅拌15min后分别放入不锈钢反应釜中，拧紧釜盖。放入烘箱中，调节温度为180℃，反应时间18h。待反应结束后降温至室温，打开反应釜，加入适量无水乙醇-正庚烷(体积比1:1)分散，离心分离固体。将固体洗涤后得到淡绿色产物Ni-Yb-O-H-5，在真空干燥箱里真空干燥过夜后，用于分析表征。实施例3室温下，称量0.4504g的Ni(CH3COO)2∙4H2O和0.0690g的Y(NO3)6∙6H2O倒入装有ODE10mL，十二胺5mL，OA3mL的聚四氟乙烯内衬中，磁力搅拌15min后分别放入不锈钢反应釜中，拧紧釜盖。放入烘箱中，调节温度为180℃，反应时间18h。待反应结束后降温至室温，打开反应釜，加入适量无水乙醇-正庚烷(体积比1:1)本文档来自技高网...

【技术保护点】
Ni‑M‑O‑H纳米晶，所述的M是指Ce、Y、Yb三种稀土金属，其特征在于，所述的Ni‑M‑O‑H纳米晶为超薄层状结构，晶相为六方相。

【技术特征摘要】
1.Ni-M-O-H纳米晶，所述的M是指Ce、Y、Yb三种稀土金属，其特征在于，所述的Ni-M-O-H纳米晶为超薄层状结构，晶相为六方相。2.一种权利要求1所述的Ni-M-O-H纳米晶的可控式合成方法，其特征在于，该方法依赖于调节油酸的添加量实现层状Ni-M-O-H纳米晶厚度的控制。3.根据权利要求2所述的可控式合成方法，其特征在于，包括以下步骤：将Ni(CH3COO)2∙4H2O，M的水合硝酸盐，如果M为Ce的话则用(NH4)2Ce(NO3)6代替M的水和硝酸盐加入到油酸、十二胺及十八碳烯溶液中，逐步升温至180°C，并维持这一温度反应获得Ni-M-O-H纳米晶。4.根据权利要求3所述的可控式合成方法，其特征在于，当Ni(CH3COO)2∙4H2O为...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈昌云，陈全战，刘苏莉，周全，段慧宇，施梅，
申请(专利权)人：南京晓庄学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32