一种层状双金属氢氧化物@硅藻土复合结构材料及其制备方法以及应用技术

本发明专利技术提供了一种层状双金属氢氧化物@硅藻土复合结构材料的制备方法，包括以下步骤：A)将镍盐溶液、金属盐溶液、尿素和纯化后的硅藻土混合，得到混合物，所述金属盐选自钴盐、铝盐和锰盐中的一种或多种；B)在密闭条件下，所述混合物进行水热反应，得到层状双金属氢氧化物@硅藻土复合结构材料。本发明专利技术利用纳米自组装技术，将硅藻土经过提纯后，在无模板剂条件下，一步水热反应制备得到LDH@硅藻土复合结构材料。该材料结构稳定、纳米片分布均匀，形貌一致，尺寸可控。并具有良好的电化学性能以及吸附性能。

Layered double hydroxides @ diatomaceous earth composite structure material and preparation method and application thereof

The present invention provides a preparation method of layered bimetallic hydroxide @ diatomite composite structure material, which comprises the following steps: A) mixing nickel salt solution, metal salt solution, urea and purified diatomite to obtain a mixture, the metal salt selected from one or more of cobalt salt, aluminum salt and manganese salt; B) in sealed condition; A layered bimetallic hydroxide @ diatomite composite structure material is obtained by hydrothermal reaction of the mixture. The invention utilizes nanometer self-assembly technology to prepare LDH @ diatomite composite structure material by one-step hydrothermal reaction without template after purifying diatomite. The material is stable in structure, uniform in distribution, uniform in shape and controllable in size. It also has good electrochemical and adsorption properties.

【技术实现步骤摘要】
一种层状双金属氢氧化物@硅藻土复合结构材料及其制备方法以及应用
本专利技术属于材料
，具体涉及一种层状双金属氢氧化物@硅藻土复合结构材料及其制备方法以及应用。
技术介绍
现代社会中储能装置已经广泛用于电动汽车，移动电子产品，生物医学装置等领域，给人类生活带来了极大的便利。在所有能量存储设备中，超级电容器由于功率密度高、循环稳定性好、充电能力强等优点，得到广泛研究。我国《国家中长期科学技术发展规划纲要》将超级电容器列为高效能源前沿技术的重要组成部分。迄今为止，包括碳材料、金属氧化物、石墨烯等多种电极材料中，都得到了广泛研究。在多种电极材料中，层状双金属氢氧化物(LayeredDoubleHydroxide,LDH)是一类重要的二维阴离子型层状化合物，由层间阴离子与带正电荷的层板有序组装而成，具有类水滑石的片层结构。LDH独特的空间结构不仅使其具有阴离子可交换性、组成结构可控性，层板间的可变价阴离子又可以提供大量的电化学活性位点而产生高的法拉第赝电容，是一种具有良好应用前景的超级电容器电极材料。层状双氢氧化物(LDH)材料主要是通过盐和碱反应，盐和氧化物反应以及离子交换反应制得。理论上来说，只要二价离子半径与Mg2+的半径接近，三价离子的半径与Al3+半径接近，即可与层板上的Mg2+、A13+同晶取代，得到层状结构的类水滑石，因此，从理论上来说双金属氢氧化物的种类是无法预计的。经过文献调研发现，目前结晶度高的LDH材料一般都是Al3+基LDH，如Mg-AlLDH,Co-Al，Fe-Al甚至是三元M-M’-AlLDH，至今关于非Al3+基LDH，尤其是结构和形貌较好的过渡金属基LDH的报道较少。因此，在LDH中引入过渡金属离子是一种有益的尝试，期望可赋予LDH一些独特的性能。例如，Ni-Al，Ni-Co和Ni-Mn的层状双金属氢氧化物(LDH)纳米结构由于其灵活的离子交换能力，良好的氧化还原活性等，已经被证明是用于赝电容器的有效电活性材料。然而，基于LDH的具有精确可控形貌及特性的复合三维微纳米尺度电极材料的制备仍然是重大的挑战。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术要解决的技术问题在于提供一种层状双金属氢氧化物@硅藻土复合结构材料及其制备方法以及应用，本专利技术提供的制备方法制备得到的复合结构材料结构稳定、纳米片分布均匀，形貌一致，尺寸可控，并且具有良好的电化学性能以及吸附性能。本专利技术提供了一种层状双金属氢氧化物@硅藻土复合结构材料的制备方法，包括以下步骤：A)将镍盐溶液、金属盐溶液、尿素和纯化后的硅藻土混合，得到混合物，所述金属盐选自钴盐、铝盐和锰盐中的一种或多种；B)在密闭条件下，所述混合物进行水热反应，得到层状双金属氢氧化物@硅藻土复合结构材料。优选的，所述硅藻土的纯化方法为：将硅藻土与浓硫酸、去离子水混合加热，进行反应后，再加入去离子水稀释进行加热反应，得到反应产物；将所述反应产物干燥后煅烧，得到纯化的硅藻土。优选的，所述浓硫酸的浓度为体积分数98％；所述硅藻土、浓硫酸以及去离子水的质量体积比为用量为：每5g未提纯硅藻土与12ml浓硫酸和38ml去离子水混合加热，进行反应后，加75ml去离子水稀释进行加热反应。优选的，所述硅藻土与浓硫酸混合加热进行反应的温度为80-120℃，时间为2-6小时；所述加入去离子水进行加热反应的温度为80-120℃，时间为1-3小时；所述煅烧的温度为400-500℃，所述煅烧的时间为2-5小时。优选的，所述镍盐溶液中的镍离子与金属盐溶液中的金属离子的离子浓度比为1:1-4:1；所述镍盐、金属盐、尿素和纯化后的硅藻土的用量比例关系为(1-4)毫摩尔：1毫摩尔：(2-5)毫摩尔：(10-50)毫克。优选的，所述镍盐选自硝酸镍；所述钴盐选自硝酸钴；所述铝盐选自硝酸铝；所述锰盐选自硝酸锰。优选的，所述水热反应的温度为80-140℃，所述水热反应的时间为6～12小时。本专利技术还提供了一种上述制备方法制备得到的层状双金属氢氧化物@硅藻土复合结构材料。本专利技术还提供了一种上述制备方法制备得到的层状双金属氢氧化物@硅藻土复合结构材料在制备超级电容器中的应用。本专利技术还提供了一种上述制备方法制备得到的层状双金属氢氧化物@硅藻土复合结构材料在作为吸附剂中的应用。与现有技术相比，本专利技术提供了一种层状双金属氢氧化物@硅藻土复合结构材料的制备方法，包括以下步骤：A)将镍盐溶液、金属盐溶液、尿素和纯化后的硅藻土混合，得到混合物，所述金属盐选自钴盐、铝盐和锰盐中的一种或多种；B)在密闭条件下，所述混合物进行水热反应，得到层状双金属氢氧化物@硅藻土复合结构材料。本专利技术利用纳米自组装技术，将硅藻土经过提纯后，在无模板剂条件下，一步水热反应制备得到LDH@硅藻土复合结构材料。该材料结构稳定、纳米片分布均匀，形貌一致，尺寸可控。并具有良好的电化学性能以及吸附性能。结果表明，Ni-CoLDH@硅藻土的比电容最高可达到514F/g；电位窗口0.5V，循环5000次比电容保持94％；循环稳定性较好，循环后材料结构保持完整。在H2O2存在pH为2.5条件下，对甲基橙去除率达到76％(2小时，25℃)。附图说明图1为实施例2制备的Ni-CoLDH@Diatom复合结构材料的SEM图；图2为实施例3制备的Ni-AlLDH@Diatom复合结构材料的SEM图；图3为实施例4制备的Ni-MnLDH@Diatom复合结构材料的SEM图；图4为实施例2制备的Ni-CoLDH@Diatom复合结构材料循环伏安曲线；图5为实施例2制备的Ni-CoLDH@Diatom复合结构材料不同电流密度的恒电流充放电曲线；图6为实施例2制备的Ni-CoLDH@Diatom复合结构材料循环前后阻抗图；图7为实施例2制备的Ni-CoLDH@Diatom复合结构材料电流密度1Ag-1时的充放电循环图；图8为实施例2制备的Ni-CoLDH@Diatom复合结构材料的甲基橙去除率；图9为对比例1制备的Ni-CoLDH的SEM图；图10为对比例1提供的Ni-CoLDH循环伏安曲线；图11为对比例1提供的材料的甲基橙去除率。具体实施方式本专利技术提供了一种层状双金属氢氧化物@硅藻土复合结构材料的制备方法，包括以下步骤：A)将镍盐溶液、金属盐溶液、尿素和纯化后的硅藻土混合，得到混合物，所述金属盐选自钴盐、铝盐和锰盐中的一种或多种；B)在密闭条件下，所述混合物进行水热反应，得到层状双金属氢氧化物@硅藻土复合结构材料。本专利技术首先将镍盐溶液、金属盐溶液、尿素和纯化后的硅藻土混合，得到混合物。其中，所述镍盐选自硝酸镍。所述金属盐选自钴盐、铝盐和锰盐中的一种或多种。所述钴盐选自硝酸钴；所述铝盐选自硝酸铝；所述锰盐选自硝酸锰。所述镍盐溶液中的镍离子与金属盐溶液中的金属离子的离子浓度比为2:1；所述镍盐、金属盐、尿素和纯化后的硅藻土的用量比例关系为(1-4)毫摩尔：1毫摩尔：(2-5)毫摩尔：(10-50)毫克。在本专利技术中，所述硅藻土为纯化后的硅藻土，所述纯化方法为：将硅藻土与浓硫酸、去离子水混合加热，进行反应后，再加入去离子水稀释进行加热反应，得到反应产物；将所述反应产物干燥后煅烧，得到纯化的硅藻土。具体的，将硅藻土与浓硫酸、去离子水混合加热，进行反应；其中，所述硫酸的浓度为体积本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种层状双金属氢氧化物@硅藻土复合结构材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：A)将镍盐溶液、金属盐溶液、尿素和纯化后的硅藻土混合，得到混合物，所述金属盐选自钴盐、铝盐和锰盐中的一种或多种；B)在密闭条件下，所述混合物进行水热反应，得到层状双金属氢氧化物@硅藻土复合结构材料。

【技术特征摘要】
1.一种层状双金属氢氧化物@硅藻土复合结构材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：A)将镍盐溶液、金属盐溶液、尿素和纯化后的硅藻土混合，得到混合物，所述金属盐选自钴盐、铝盐和锰盐中的一种或多种；B)在密闭条件下，所述混合物进行水热反应，得到层状双金属氢氧化物@硅藻土复合结构材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述硅藻土的纯化方法为：将硅藻土与浓硫酸、去离子水混合加热，进行反应后，再加入去离子水进行加热反应，得到反应产物；将所述反应产物干燥后煅烧，得到纯化的硅藻土。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述浓硫酸的浓度为体积分数98％；所述硅藻土、浓硫酸以及去离子水的用量为：每5g未提纯硅藻土与12ml浓硫酸和38ml去离子水混合加热，进行反应后，加75ml去离子水稀释进行加热反应。4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述硅藻土与硫酸溶液混合加热进行反应的温度为80-120℃，时间为2-6小时；所述加入去离子水稀释进行加热反应的温度为80-120℃，时间为1-3小时；所述煅烧的温度...

【专利技术属性】
技术研发人员：张育新，刘晓英，荆川，刘晓莉，李凯霖，吴明浩，张新宇，黄钰晨，张泽宇，黄杰，姜德彬，董帆，田聃苧，陈一锟，杨升，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50