一种NiFe制造技术

本发明专利技术公开了一种NiFe

A kind of NiFe

【技术实现步骤摘要】
一种NiFe2O4纳米复合材料及其制备方法和应用
本专利技术属于纳米材料制备领域，特别涉及一种NiFe2O4纳米复合材料及其制备方法和应用。
技术介绍
锂离子电池(LIBs)在过去几年中在便携式电子产品和电动汽车上取得了巨大成功。最近，钠离子电池(SIBs)由于具有丰富的成本效益钠资源，作为LIB的替代技术，因其在大规模储能中的应用而越来越受到关注。为了满足日益增长的需求从储能应用来看，探索具有良好安全性，长期循环以及LIB和SIB的高能量/功率密度的新型电极材料至关重要。在阳极材料领域，商用石墨用于LIB具有372mAhg-1的低理论容量。此外，当插入到原始石墨中时，Na+的大离子半径导致差的可逆性能。在追求优质阳极材料的过程中，铁基金属氧化物(MOs)，包括Fe2O3，Fe3O4，MFe2O4(M＝Ni，Co，Mn，Zn，Mg等)，由于其高容量、环境良好、成本低而得到了广泛的研究。其中，NiFe2O4的理论容量为915mAhg-1。然而，这些阳极在连续的Li+或Na+插入/脱出过程中由于固有的低电导率和大的体积变化，导致差的电池性能。例如，纯NiFe2O4样品作为LIB阳极呈现快速的容量衰减。而传统的将碳材料(包括石墨烯)和NiFe2O4简单地混合或包覆的策略仍然无法解决NiFe2O4在碳基底表面的粉碎，无法很好地提供电极的充放电循环性能。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，提供了一种NiFe2O4纳米复合材料。所述NiFe2O4纳米复合材料，其特征在于，包括至少两层石墨烯层和至少一层NiFe2O4层；所述NiFe2O4层在所述石墨烯层之间。所述NiFe2O4层与石墨烯层均相接触。可选地，所述的NiFe2O4纳米复合材料，包括第一石墨烯层、第一NiFe2O4层、第二石墨烯层、第二NiFe2O4层和第三石墨烯层。可选地，所述的NiFe2O4纳米复合材料，由外到内包括第一石墨烯层、第一NiFe2O4层、第二石墨烯层、第二NiFe2O4层和第三石墨烯层。可选地，所述的复合材料，具有如下结构通式：G@NiFe2O4@G，其中，G表示石墨烯，NiFe2O4表示NiFe2O4化合物，该材料最内层为石墨烯，中间层为NiFe2O4，其包覆在最内层石墨烯层的表面，最外层为石墨烯，其包覆在中间层NiFe2O4外部。可选地，所述NiFe2O4层中的NiFe2O4为纳米颗粒，粒径为3～5nm。可选地，所述NiFe2O4层中的NiFe2O4具有多孔结构，孔径分布为0.4～100nm。优选地，所述NiFe2O4层中的NiFe2O4具有多孔结构，孔径分布为2.0-6.8nm，进一步优选孔径集中分布在2.0nm、2.5nm、2.8nm、3.8nm、3.9nm、6.8nm。可选地，所述NiFe2O4层相对于所述NiFe2O4纳米复合材料的质量含量为50～80wt％。可选地，所述NiFe2O4层相对于所述NiFe2O4纳米复合材料的质量含量上限选自52wt％、55wt％、57wt％、60wt％、62wt％、65wt％、70wt％、72wt％、73wt％、75wt％或80wt％；下限选自50wt％、52wt％、55wt％、57wt％、60wt％、62wt％、65wt％、70wt％、72wt％、73wt％或75wt％。可选地，所述NiFe2O4层相对于所述NiFe2O4纳米复合材料的质量含量为70～75wt％，进一步优选为73wt％。可选地，第二石墨烯层与(第一石墨烯层和第三石墨烯层总和)的质量比为1：(2～3)。可选地，第二石墨烯层与(第一石墨烯层和第三石墨烯层总和)的质量比为1：2、1：2.1、1：2.2、1：2.3、1：2.4、1：2.5、1：2.7、1：2.8、1：2.9、1：3.0以及任意两个比例之间的范围值。根据本专利技术的另一方面，提供一种NiFe2O4纳米复合材料的制备方法。作为一种实施方式，所述NiFe2O4纳米复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：a1)在石墨烯层的两个表面包覆NiFe2O4层，得到G@NiFe2O4；b1)在G@NiFe2O4上修饰聚季铵盐，得到G@NiFe2O4-P；c1)在G@NiFe2O4–P的两个表面包覆石墨烯层，得到G@NiFe2O4@G，即所述NiFe2O4纳米复合材料。可选地，步骤a1)包括：a11)将铁盐和镍盐加入含有石墨烯的分散液中，得到分散液I；a12)调节分散液I的pH至碱性，水热反应，得到G@NiFe2O4。可选地，所述铁盐选自硝酸铁、氯化铁、硫酸铁、羧酸铁中的至少一种。可选地，所述镍盐选自硝酸镍、氯化镍、硫酸镍、羧酸镍中的至少一种。可选地，所述分散液I中铁盐中铁的浓度为0.002～0.02mol/L；所述分散液I中所述镍盐中镍的浓度为0.001～0.01mol/L；所述分散液I中石墨烯的浓度为0.1～1g/L。可选地，步骤a12)中调节分散液I的pH至9～11。可选地，所述分散液I中铁盐中的铁和镍盐中的镍的摩尔比为2:(0.1～1)。可选地，所述分散液I中铁盐中的铁和镍盐中的镍的摩尔比为2:1。可选地，步骤a1)中，所述的G@NiFe2O4中石墨烯的含量为3～12wt％。可选地，步骤a1)中，所述的G@p-SiO2中石墨烯的含量的上限选自5wt％、6.3wt％、8wt％、10wt％或12wt％；下限选自3wt％、5wt％、6.3wt％、8wt％或10wt％。可选地，所述水热反应的温度为150～220℃；水热反应的时间为12～48小时。可选地，步骤b1)中，所述的G@NiFe2O4-P中聚季铵盐的含量为50～75wt％。可选地，步骤b1)中所述聚季铵盐选自聚二烯丙基二甲基氯化铵(PDDA)、聚二甲基二烯丙基氯化铵、聚甲基丙烯酰胺丙基三甲基氯化铵、聚甲基丙烯酰胺丙基十二烷基二甲基氯化铵中的至少一种。可选地，步骤b1)中所述在G@NiFe2O4-P上修饰聚季铵盐为G@NiFe2O4表面吸附和/或键合聚季铵盐。可选地，步骤b1)包括：向G@NiFe2O4的分散液中加入聚季铵盐，超声处理，得到G@NiFe2O4–P。可选地，所述超声处理的时间为0.1～1小时。可选地，步骤c1)包括：向G@NiFe2O4-P的分散液中加入含有氧化石墨烯的溶液，使得氧化石墨烯片包覆在G@NiFe2O4–P的表面，惰性气氛中于300～500℃退火1小时以上，得到所述G@NiFe2O4@G，即所述NiFe2O4纳米复合材料；所述的惰性气氛选自氮气、稀有气体中的至少一种。可选地，步骤c1)中含有氧化石墨烯的溶液中氧化石墨烯的浓度为0.1～1g/L。可选地，步骤c1)中所述退火的温度的上限选自350℃、400℃、450℃或500℃；下限选自300℃、350℃、400℃或450℃。可选地，步骤本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种NiFe

【技术特征摘要】
1.一种NiFe2O4纳米复合材料，其特征在于，包括至少两层墨烯层和至少一层NiFe2O4层；
所述NiFe2O4层在所述石墨烯层之间。


2.根据权利要求1所述的NiFe2O4纳米复合材料，其特征在于，包括第一石墨烯层、第一NiFe2O4层、第二石墨烯层、第二NiFe2O4层和第三石墨烯层；
优选地，所述NiFe2O4层中的NiFe2O4为纳米颗粒，粒径为3～5nm；
优选地，所述NiFe2O4层中的NiFe2O4具有多孔结构，孔径分布为0.4～100nm；
优选地，所述NiFe2O4层中的NiFe2O4的孔径分布为2.0-6.8nm；
优选地，所述NiFe2O4层中的NiFe2O4的孔径集中分布在2.0nm、2.5nm、2.8nm、3.8nm、3.9nm、6.8nm；
优选地，所述NiFe2O4层相对于所述NiFe2O4纳米复合材料的质量含量为50～80wt％；
优选地，所述NiFe2O4层相对于所述NiFe2O4纳米复合材料的质量含量为70～75wt％；
优选地，第二石墨烯层与(第一石墨烯层和第三石墨烯层总和)的质量比为1：(2～3)。


3.一种NiFe2O4纳米复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
a1)在石墨烯层的两个表面包覆NiFe2O4层，得到G@NiFe2O4；
b1)在G@NiFe2O4上修饰聚季铵盐，得到G@NiFe2O4-P；
c1)在G@NiFe2O4–P的两个表面包覆石墨烯层，得到G@NiFe2O4@G，即所述NiFe2O4纳米复合材料。


4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤a1)中，所述的G@NiFe2O4中石墨烯的含量为3～12wt％；
优选地，步骤a1)包括：
a11)将铁盐和镍盐加入含有石墨烯的分散液中，得到分散液I；
a12)调节分散液I的pH至碱性，水热反应，得到G@NiFe2O4；
优选地，步骤b1)中，所述的G@NiFe2O4-P中聚季铵盐的含量为50～75wt％；
优选地，步骤c1)包括：
向G@NiFe2O4-P的分散液中加入含有氧化石墨烯溶液，使得氧化石墨烯片包覆在G@NiFe2O4–P的表面，惰性气氛中于300～500℃退火1小时以上，得到所述G@NiFe2O4@G，即所述NiFe2O4纳米复合材料；
所述的惰性气氛选自氮气、稀有气体中的至少一种；
优选地，包括以下步骤：
1、G@NiFe2O4复合物的制备
所述G@NiFe2O4复合物为在石墨烯片层表面负载NiFe2O4组成的复合物，其制备步骤如下：
将铁盐和镍盐均匀地分散到含有石墨烯的乙醇溶液中，并调节溶液的pH值为9～11，然后将上述溶液进行水热处理，得到的产物经过过滤洗涤干燥即为所述的G@NiFe2O4复合物的制备；
所述的铁盐和镍盐中铁和镍的摩尔比为2:(0.1～1)；所述的铁盐选为硝酸铁和/或羧酸铁，所述的镍盐为硝酸镍和/或羧酸镍，所述的G@NiFe2O4复合物中石墨烯的含量为3-12wt％；
2、将聚二烯丙基二甲基氯化铵修饰在G@NiFe2O4复合物表面，使其表面带正电，所述的修饰为吸附或键合在G@NiFe2O4复合物表面；
3、将步骤2的产物均匀分散在水中，并向上述分散液缓慢加入氧化石墨烯溶液中，使得石墨烯片充分地包裹在步骤2的产物的表面，然后再将得到的产物置于惰性气氛中于300-500℃退火1小时以上；所述的惰性气氛为氮气或稀有气体中的一种或多种；
优选地，所述的NiFe2O4纳米复合材料以G@NiFe2O4@G通式表示，其中，G表示石墨烯，NiFe2O4表示NiFe2O4化合物，该材料最内层为石墨烯，中间层为NiFe2O4，其包覆在最内层石墨烯层的表面，最外层为石墨烯，其包覆在中间层NiFe2O4的外部，所述的NiFe2O4呈纳米颗粒聚集。


5.一种NiFe2O4纳米复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
a2)在石墨烯层...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵毅，吴初新，官轮辉，
申请(专利权)人：中国科学院福建物质结构研究所，
类型：发明
国别省市：福建;35