一种自支撑磷化镍铁复合纳米片的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种自支撑镍铁磷(Ni‑Fe‑P)复合纳米片的制备方法。具体过程是：将硝酸镍、硝酸铁、氟化铵、尿素按比例配制成混合溶液，搅拌均匀后转移至反应釜中并加入清洁泡沫镍（3×5 cm

【技术实现步骤摘要】
一种自支撑磷化镍铁复合纳米片的制备方法
本专利技术涉及一种镍铁磷复合纳米材料，特别是一种自支撑镍铁磷复合纳米片的制备方法，并应用于钠离子电池和钾离子电池负极，属于钠离子电池和钾离子电池领域。技术背景由于能源危机的临近和生态环境的恶化，开发可持续的清洁能源和高效的能源存储设备迫在眉睫。锂离子电池作为储能设备已应用于人类生活的各个领域。但锂资源分布不均且丰度较低，极大的限制了锂离子电池在未来的进一步发展。现如今，钠离子电池作为锂离子电池的一个潜在的替代品，因其在资源丰度及成本方面而备受关注。另外，钾离子电池相对于锂离子电池具有更高的输出电压，有利于提高电池的能量密度而具有广阔的发展潜力。本专利技术提供了一种自支撑镍铁磷复合纳米片的制备方法，并且该材料可以作为钠离子和钾离子电池负极材料。
技术实现思路
本专利技术提供一种自支撑镍铁磷复合纳米片的制备方法，将镍盐、铁盐、铵盐、尿素添加去离子水后配制成混合溶液，搅拌均匀后转移至反应釜中并将泡沫镍倾斜放置，于100oC-140oC水热反应2-6h，制备得到镍铁复合前驱体；镍铁复合前驱体恒温干燥后置于烧结设备中，在氮气气氛下，磷源置于烧结设备的进气口并与镍铁复合前驱体间距8-12cm，从室温以2-5℃/min的速率升温到300-400℃磷化反应1-3h得到自支撑镍铁磷复合纳米片。所述的镍盐为Ni(NO3)2·6H2O；铁盐为Fe(NO3)3·9H2O；铵盐为NH4F。所述的硝酸镍、硝酸铁、氟化铵、尿素的摩尔比为1：1.2-3：3-8：12-18。作为优选方案，所述的硝酸镍、硝酸铁、氟化铵、尿素的摩尔比为1：2：6：15。所述的磷化过程中所用的磷源为NaPO2H2·H2O，磷源的加入量为泡沫镍表面积的0.06-0.1gcm-2，作为优选方案，磷源的加入量为泡沫镍表面积的0.067gcm-2。所述的水热反应温度为120℃，水热反应时间为4h；磷化反应温度为350℃，磷化反应时间为2h。本专利所专利技术的自支撑镍铁磷复合纳米片的制备方法具有以下特点：（1）、原材料成本低，镍源、铁源丰富。（2）、实验周期短，实验重复性好。（3）、制备的复合纳米片材料生长均与且不易脱落，厚度在200nm左右。（4）、复合材料较磷化镍、磷化铁单一材料，在电化学性能上有一定优势。附图说明图1实施例1、2、3、4所制备样品的XRD与标准卡片的对比图。图2实施例1所制备样品充放电循环前不同放大倍数的SEM图，(a)为5000倍，(b)为20000倍。图3实施例1所制备样品的充放电性能图。图4实施例1、2、3所制备样品循环100圈的性能对比图。图5实施例1所制备样品充放电循环后不同放大倍数的SEM图，(a)为5000倍，(b)为20000倍。图6实施例1所制备样品的TEM图，(a)为高分辨透射图，(b)为选区电子衍射图，(c)为低倍透射，(d)为高倍透射。图7实施例1所制备样品的mapping图。图8实施例2所制备样品充放电循环前不同放大倍数的SEM图，(a)为5000倍，(b)为20000倍。图9实施例2所制备样品的充放电性能图。图10实施例2所制备样品充放电循环后不同放大倍数的SEM图，(a)为5000倍，(b)为20000倍。图11实施例3所制备样品充放电循环前不同放大倍数的SEM图，(a)为5000倍，(b)为20000倍。图12实施例3所制备样品的充放电性能图。图13实施例3所制备样品充放电循环后不同放大倍数的SEM图，(a)为5000倍，(b)为20000倍。图14实施例4所制备样品充放电性能图。图15实施例4所制备样品循环50圈的性能图。具体实施例实施例1将1mmolNi(NO3)2·6H2O、2mmolFe(NO3)3·9H2O、6mmolNH4F和15mmolCO(NH2)2置于烧杯中并加入70mL去离子水，使用磁力搅拌器将溶液搅拌均匀。将溶液转移至100mL反应釜中，倾斜加入泡沫镍（3cm2），于120℃水热反应4h后制备得到镍铁复合前驱体。镍铁复合前驱体恒温干燥后置于烧结设备中，在氮气气氛下，0.2gNaPO2H2·H2O置于烧结设备的进气口并与镍铁复合前驱体间距10cm，从室温以2℃/min的速率升温到350℃磷化反应2h得到自支撑镍铁磷复合纳米片。图1是复合材料与磷化镍和磷化铁单一材料的XRD与标准卡片的对比图，该复合材料出现了磷化镍和磷化铁的特征峰，与Ni2P（JCPDSNo.03-0953）、Fe2P（JCPDSNo.74-2533）标准卡片一致。图2是镍铁磷复合材料的SEM图，显示出复合材料为纳米片结构且纳米片厚度均匀。图3是镍铁磷复合材料在0.1Ag-1电流密度下的充放电性能图，作为钠离子电池负极材料组装成钠离子半电池，首次放电容量高达650mAhg-1，之后容量稳定在350mAhg-1左右，表现出较好的电化学性能。图4是复合材料与磷化镍和磷化铁单一材料的循环性能对比图，在循环100圈后，复合材料容量和稳定性较好。图5是充放电循环后的SEM图，显示出复合材料经过循环后依然能保持纳米片结构，结构稳定性良好。图6是复合材料的TEM相关图，选区电子衍射图是多个圆环，且高分辨TEM中出现了晶格条纹，说明复合材料是以晶态的形式生长在镍网上，并且是多晶的。多晶材料由于双金属的协同效应，提高了电池的稳定性。图7是复合材料的mapping图，镍、铁、磷元素分布均匀，说明磷化镍和磷化铁在镍网基底上生长均匀，增强了双金属的协同效应，缓解了材料充放电过程中的体积膨胀，提高了电池的循环性能。实施例2将1mmolNi(NO3)2·6H2O、6mmolNH4F和15mmolCO(NH2)2置于烧杯中并加入70mL去离子水，使用磁力搅拌器将溶液搅拌均匀。将溶液转移至100mL反应釜中，倾斜加入泡沫镍（3cm2），于120℃水热反应4h后制备得到前驱体。制备得到的前驱体恒温干燥后置于烧结设备中，在氮气气氛下，0.2gNaPO2H2·H2O置于烧结设备的进气口并与前驱体间距10cm，从室温以2℃/min的速率升温到350℃磷化反应2h得到磷化镍纳米片。磷化镍（Ni2P）纳米片的XRD见图1所示。图8是磷化镍单一材料循环前的SEM图，显示出样品为纳米片结构且纳米片由小颗粒组成。图9是样品在0.1Ag-1电流密度下的充放电性能图，作为钠离子电池负极材料组装成钠离子半电池，首次放电容量达到630mAhg-1，之后容量从350mAhg-1左右开始衰减，电化学性能一般。图10是样品充放电循环100圈后的SEM图，显示出样品经过循环后依然能保持纳米片结构，结构稳定性良好。实施例3将2mmolFe(NO3)3·9H2O、6mmolNH4F和15mmolCO(NH2)2置于烧杯中并加入70mL去离子水，使用磁力搅拌器将溶液搅拌均匀。将溶液转移至100本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自支撑镍铁磷复合纳米片的制备方法，其特征在于：镍盐、铁盐、铵盐、尿素添加去离子水后配制成混合溶液，搅拌均匀后转移至反应釜中并将泡沫镍倾斜放置，于100

【技术特征摘要】
1.一种自支撑镍铁磷复合纳米片的制备方法，其特征在于：镍盐、铁盐、铵盐、尿素添加去离子水后配制成混合溶液，搅拌均匀后转移至反应釜中并将泡沫镍倾斜放置，于100oC-140oC水热反应2-6h，制备得到镍铁复合前驱体；镍铁复合前驱体恒温干燥后置于烧结设备中，在氮气气氛下，磷源置于烧结设备的进气口并与镍铁复合前驱体间距8-12cm，从室温以2-5oC/min的速率升温到300-400oC磷化反应1-3h得到自支撑镍铁磷复合纳米片。


2.如权利要求1中所述的自支撑镍铁磷复合纳米片的制备方法，其特征在于：镍盐为Ni(NO3)2·6H2O；铁盐为Fe(NO3)3·9H2O；铵盐为NH4F。


3.如权利要求2中所述的自支撑磷化镍铁复合纳米片的制备方法，其特征在于：硝酸镍、硝酸铁、氟化铵...

【专利技术属性】
技术研发人员：高林，陈国豪，刘洋，杨学林，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42