一种Ni掺杂CoO/C复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于电极材料制备技术领域，具体涉及一种Ni掺杂CoO/C复合材料及其制备方法。所述复合材料为掺杂Ni的CoO负载在C的表面，所述C为水稻秸秆生物质碳材料。本发明专利技术还提供了一种制备Ni掺杂CoO/C复合材料的制备方法，用该方法制备的Ni掺杂CoO/C复合材料呈针状。有益效果：本发明专利技术制备的Ni掺杂CoO/C复合材料具有更大的比表面积大、稳定性好、结晶良好、无团聚的优点，在作为电容的电极材料时，具有较大的应用前景。

A Ni doped coo / C composite and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种Ni掺杂CoO/C复合材料及其制备方法
本专利技术属于材料制备
，具体涉及一种Ni掺杂CoO/C复合材料及其制备方法。
技术介绍
随着农业和工业的迅速发展，伴随着人口的快速增长，全球能源的消耗速度非常惊人，能源耗竭和环境污染是目前人类发展面临的两大难题，因此必须大力发展成本低廉易得、环境友好且可持续的新型能量存储和能量转换装置来满足现代社会的发展以及日益突出的环境问题。碳材料易得，尤其是生物质碳材料，生物质碳具有高度稳定性和极强的吸附性能，且广泛分布于大气与地表环境中且化学稳定性较好，导电性好，低廉易得。随着世界经济的迅速发展以及经济全球化进程的不断加快，人们对能源的需求也越来越大，高效的储能电器受到广泛的关注，电化学超级电容器是目前广泛研究的储能器件之一。超级电容器具有较大的功率密度，能够为车辆的制动提供足够大的瞬时功率。此外，超级电容器还能应用于军工、物资输运以及电子储存器件等方面，具有广泛的应用前景。不同形态、结构的NiCo2O4制备受到众多化学工作者的研究，如CN106938859A、CN104701036A、CN106882845A分别制备了管状、分级花状、介孔海胆状的NiCo2O4。NiCo2O4作为负极材料存在的主要问题在于脱嵌锂过程中体积变化过于显著，容易发生粉化现象，致使材料的电化学循环性不理想。中国专利申请CN104624191A公开了一种CoO/C催化剂及其制备方法。其采用高温回流和程序升温的方法得到纳米粒径的CoO/C催化剂，其将氨水与钴盐、碳粉混合均匀经过程序升温得到CoO/C催化剂。WeiweiYuan的《PorousCoO/CpolyhedraasanodematerialforLi-ionbatteries》采用水热浸渍法制备了均匀、分级、多孔的CoO/C多面体，每个CoO/C多面体由许多有序纳米颗粒(约100纳米)组成，多面体状的CoO/C复合材料其比表面积有限，影响其作为电容器电极材料的电化学性能。因此，制备一种比表面积大，电导率高的电容器电极材料，对提高电容器的电化学性能具有非常重要的实际应用价值。
技术实现思路
为了进一步提高电容器电极材料的电化学性能，本专利技术在于提供一种Ni掺杂CoO/C复合材料及其制备方法。CoO与水稻秸秆的结合，使得CoO能够均匀分散在水稻秸秆生物炭表面，解决NiCo2O4材料易粉化、稳定性差等问题，而Ni的掺杂又可以提高复合材料的导电性，为超级电容器的电极材料商业化应用打下基础。本专利技术的技术方案是按照如下进行的：一种Ni掺杂CoO/C复合材料，为掺杂Ni的CoO负载在C的表面，所述C为水稻秸秆生物质碳材料。进一步地，所述复合材料呈针状，具有较大的比表面积，有利于提高其电化学性能。本专利技术的另一个目的在于提供一种所述的Ni掺杂CoO/C复合材料的制备方法，包括如下步骤：(1)将可溶性钴盐溶于去离子水，得到钴盐水溶液；(2)将可溶性镍盐和尿素置于步骤(1)得到的钴盐水溶液，超声处理后，得到混合溶液；(3)将碳化的水稻秸秆置于步骤(2)得到的混合溶液中，进行水热反应，反应完成后，取出碳化的水稻秸秆，干燥，待用；(4)将步骤(3)中干燥后的碳化的水稻秸秆，在氮气氛围下，进行煅烧，得到Ni掺杂CoO/C复合材料。在水热反应完成后，用甲醇或乙醇替换水热反应釜中的溶剂，每隔3～24小时置换一次，置换2～8次，常温干燥，制得样品NiCo2O4。优选地，步骤(1)中所述可溶性钴盐为四水合乙酸钴、氯化钴和六水合硝酸钴中的一种或几种；步骤(2)中所述可溶性镍盐为六水合硫酸镍或/和六水合硝酸镍；所述可溶性钴盐、可溶性镍盐和尿素的摩尔比为1：(0.2～20)：(1～50)。优选地，步骤(3)中所述水热反应的条件为，在100～200℃的温度下反应3～48h。优选地，步骤(3)中所述碳化的水稻秸秆为水稻秸秆在氮气条件下500-900℃煅烧4-8h后得到。优选地，步骤(2)中所述超声处理为在50～100kHz的频率下，超声处理30～60min。优选地，步骤(4)中所述煅烧的条件为350～1000℃温度下煅烧1～6h。本专利技术的有益效果：(1)本专利技术制备的Ni掺杂CoO/C复合材料呈针状，与现有技术中的CoO/C复合材料的多面体状相比，本专利技术的Ni掺杂CoO/C复合材料的针状具有更大的比表面积大、稳定性好、结晶良好、无团聚的优点，在作为电容的电极材料时，具有较大的应用前景，可以大幅度缓解材料在充放电过程中的体积膨胀效应，进一步提升化学储电性能和电化学性能。(2)本专利技术采用一步水热法得到Ni掺杂CoO/C复合材料具有操作简单的特点；以水稻秸秆生物质碳材料与现有技术中的一般碳材料相比，其表面纹理结构使得Ni掺杂CoO更易负载上去，且分散均匀规整，不会导致CoO团聚；同时，利用水稻秸秆作为原料，减少制备成本，具有低廉易得、环境友好且可持续的特点，有利于环境友好型社会构建，满足绿色化学的要求。(3)本专利技术以水热合成法为辅助，使得合成的NiCo2O4负载在水稻秸秆生物质碳材料的表面，再经过碳化，制得Ni掺杂CoO/C复合材料，并且优化了工艺反应条件，大幅简化了合成工艺和缩减了实验成本。附图说明图1为实施例1制得的NiCo2O4的XRD谱图；图2为实施例1制得的NiCo2O4的SEM形貌图；图3为实施例1制得的Ni掺杂CoO/C复合材料的XRD谱图；图4为实施例1制得的Ni掺杂CoO/C复合材料的SEM形貌图(A)×2.50k倍；(B)×30.0k倍；图5为炭化后的秸秆、实施例1所得NiCo2O4和实施例1所得CoO/C复合材料的比电容曲线图；图6为炭化后的秸秆、实施例1所得NiCo2O4和实施例1所得CoO/C复合材料的比电容循环性能图；图7为炭化后的秸秆、实施例1所得NiCo2O4和实施例1所得Ni掺杂CoO/C复合材料的循环伏安图，其中A-炭化后的秸秆；B-实施例1所得NiCo2O4；C-实施例1所得Ni掺杂CoO/C复合材料；图8为炭化后的秸秆、实施例1所得NiCo2O4和实施例1所得Ni掺杂CoO/C复合材料的恒电流充放电图，其中A-炭化后的秸秆；B-实施例1所得NiCo2O4；C-实施例1所得Ni掺杂CoO/C复合材料。具体实施方式下面将对本专利技术的内容做进一步的说明，本
技术实现思路
不仅限于下述各实施例的内容，其中一个或几个具体实施例的组合同样也可以实现专利技术的目的。实施例1(1)称取0.73g六水合硝酸钴和50mL去离子水混合，得到硝酸钴溶液；(2)分别称取0.44g六水合硝酸镍和0.45g尿素，一并置于步骤(1)所得硝酸钴溶液中，在超声频率为60kHz的条件，超声处理30分钟，得到混合溶液；其中六水合硝酸钴、六水合硝酸镍和尿素的摩尔比为1:0.6:3；(3)取一小块碳化的水稻秸秆(碳化条件为通氮气条件下650℃煅烧3h)与步骤(2)所得混合溶液一同转移到聚四氟乙烯衬里的不锈钢水热釜中，然后进行恒温水热反应，在温度为100℃的条件下水热反应24小时，待反应釜冷却至室温，取出碳化的水稻秸秆，常温干燥待用；(4)用甲醇替换反应釜中的溶剂，每隔10小时置换一次，置换3次，常温干燥；所得样品在通N2的条件下，650℃煅烧3小时，制得样品NiCo2O4；(5)将步骤(3)所得本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种Ni掺杂CoO/C复合材料，其特征在于，所述复合材料为掺杂Ni的CoO负载在C的表面，所述C为水稻秸秆生物质碳材料。

【技术特征摘要】
1.一种Ni掺杂CoO/C复合材料，其特征在于，所述复合材料为掺杂Ni的CoO负载在C的表面，所述C为水稻秸秆生物质碳材料。2.根据权利要求1所述的一种Ni掺杂CoO/C复合材料，其特征在于，所述复合材料呈针状。3.一种权利要求1或2所述的Ni掺杂CoO/C复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将可溶性钴盐溶于去离子水，得到钴盐水溶液；(2)将可溶性镍盐和尿素置于步骤(1)得到的钴盐水溶液，超声处理后，得到混合溶液；(3)将碳化的水稻秸秆置于步骤(2)得到的混合溶液中，进行水热反应，反应完成后，取出碳化的水稻秸秆，干燥，待用；(4)将步骤(3)中干燥后的碳化的水稻秸秆，在氮气氛围下，进行煅烧，得到Ni掺杂CoO/C复合材料。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)...

【专利技术属性】
技术研发人员：张春勇，黄琳娜，刘凤洁，夏雨，秦恒飞，苏蕾，舒莉，程洁红，朱炳龙，
申请(专利权)人：江苏理工学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32