一种空心笼状镍钴双金属氧化物及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种空心笼状镍钴双金属氧化物及其制备方法和应用，方法包括以下步骤：1、按比例(20～30g)：(500～700mL)将聚乙烯吡咯烷酮溶解于体积浓度为60％的乙醇水溶液中得到混合溶液，取300～500mg Cu2O，按质量比(1～4)：(4～1)取CoCl2·

【技术实现步骤摘要】
一种空心笼状镍钴双金属氧化物及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于纳米复合材料
，具体是一种空心笼状镍钴双金属氧化物及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]绿色环保的清洁能源取代旧能源大势所趋，超级电容器作为最具发展前景的电化学储能器件之一，被广泛关注。超级电容器具有快速可逆的充放电速度、宽工作温度、长循环寿命、高安全性等优点，已经广泛应用于轻轨、重型车辆、间歇性可再生能源的负载均衡系统、卡车和公共汽车的混合动力系统以及电动汽车的动力回收系统等。但是现阶段的商用超级电容器的能量密度(≈5Whkg
‑1)仍远低于燃料电池和电池，这是因为在电极表面存储的离子总数有限，远不及电池的电极材料。因此，需要在不降低功率密度的前提下，开发具有更高能量密度的超级电容器电极材料。
[0003]氧化镍(NiO)因其易于合成、高理论容量、对环境友好、成本低、资源丰富等优点，被作为水系碱性体系应用前景非常广泛的超级电容器电极材料，但其极差的导电性、低倍率性能和低循环稳定性，极大地限制了其实际应用。[V.E.Gurenko,V.I.Popkov,A.A.Lobinsky.Synthesis of NiO granular nanospheres as a novel material for high
‑
performance supercapacitors[J].Materials Letters,2020,279.]中合成了具有立方结构和特殊颗粒形态的NiO纳米球，表现出了优异的电化学特性，在1Ag
‑1时，其比容量为1315F g
‑1，且经过1000次充放电循环后，总容量仅损失1％。但是，该材料的导电性仍然比较差，因此，其在实际应用方面也具有局限性。
[0004]四氧化三钴(Co3O4)与镍基氧化物具有相似的性质，具有高理论容量、低成本和自然丰度高等优点，但也存在反应动力学缓慢、循环寿命差、功率密度低的缺点，[Yang Y,ChenX,Cao Y,et al.Synthesis of homogeneous hollow Co3O
4 microspheres for enhanced cycle life and electrochemical energy storage performance[J].ChemElectroChem,2020,7(3):723
‑
729.]通过简单的无模板溶剂热法和热处理工艺合成空心Co3O4微球。该空心微球在1Ag
‑1时具有738F g
‑1的高比容量，而且在20Ag
‑1时，容量保持率为初始容量的67.7％，表现出优异倍率性能，但是其循环性能和功率密度不是很理想。
[0005]经研究发现，相对于单一金属，钴镍双金属氧化物拥有更高的理论容量和电导率。这是因为在钴镍双金属氧化物中，电子可以在两种金属离子的不同价态之间跃迁，能够极大改善材料的电子传输和电化学反应动力学，而且钴镍双金属氧化物在法拉第反应过程中具有更多的价态组合，能够极大提升材料的电荷储存能力；而且镍钴双金属氧化物价格低廉、活性高、稳定性好、储量丰富、对环境友好，被认为是最具应用潜力的超级电容器电极材料。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种空心笼状镍钴双金属氧化物及其制备方法和应用，不
仅制备工艺简单，而且镍钴双金属氧化物作为超级电容器材料时具有高比电容、高倍率性能和良好的循环稳定性。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
[0008]一种空心笼状镍钴双金属氧化物的制备方法，包括以下步骤：
[0009]步骤1、先按照比例(20～30g)：(500～700mL)将聚乙烯吡咯烷酮溶解于体积浓度为60％的乙醇水溶液中并搅拌均匀，得到混合溶液，再取300～500mg Cu2O，并按照质量比(1～4)：(4～1)分别取CoCl2·
6H2O和NiCl2·
6H2O，且CoCl2·
6H2O和NiCl2·
6H2O的质量之和为300～500mg，然后将CoCl2·
6H2O、NiCl2·
6H2O和Cu2O依次加入混合溶液中，搅拌均匀后得到橘黄色浑浊溶液；
[0010]步骤2、取40～50g硫代硫酸钠溶解于100mL去离子水中并搅拌均匀，得到硫代硫酸钠水溶液，并将其逐滴加入步骤1得到的橘黄色浑浊溶液中，搅拌均匀后，静置老化，然后依次离心、洗涤和干燥，得到钴镍氢氧化物粉体；
[0011]步骤3、将钴镍氢氧化物粉体置于磁舟中并放入管式炉，在空气气氛下，以1～3℃/min的升温速率自室温升温至250～300℃，并保温，随炉冷却后得到空心笼状镍钴双金属氧化物NiCo
‑
O。
[0012]进一步地，所述步骤1的Cu2O由以下方法制得：
[0013]步骤1.1、取20～30g聚乙烯吡咯烷酮溶解于300～500mL去离子水中，得到聚乙烯吡咯烷酮的水溶液，向聚乙烯吡咯烷酮的水溶液中加入2g CuCl2·
2H2O，得到蓝色透明溶液；
[0014]步骤1.2、取25mL浓度为2.7mol/mL的NaOH溶液缓慢滴加至步骤1.1得到的蓝色透明溶液中，搅拌使之充分反应，得到深蓝色浑浊溶液；
[0015]步骤1.3、取10g抗坏血酸溶解于50mL去离子水中，得到抗坏血酸溶液，将其逐滴加入步骤1.2得到的深蓝色浑浊溶液中，静置，得到橘黄色浑浊溶液，然后依次离心提纯、洗涤和干燥，得到棕黄色的Cu2O。
[0016]进一步地，所述步骤1中的搅拌均采用磁力搅拌器搅拌10min。
[0017]进一步地，所述步骤2的搅拌采用磁力搅拌器搅拌30min。
[0018]进一步地，所述步骤2的静置时长为12h。
[0019]进一步地，所述步骤2的洗涤是用去离子水和无水乙醇交替清洗3次。
[0020]进一步地，所述步骤2的干燥是利用真空干燥箱在60℃的温度下，干燥12h。
[0021]进一步地，所述步骤3的保温时间为2～4h。
[0022]一种含尖晶石相的空心笼状镍钴双金属氧化物。
[0023]一种空心笼状镍钴双金属氧化物作为超级电容器正极的应用。
[0024]本专利技术具有如下有益效果：
[0025](1)、本专利技术基于皮尔逊软硬酸碱理论，以Cu2O为模板，Na2S2O3为刻蚀剂，先成功合成了具有优异电化学性能的空心笼状结构的NiCo
‑
DH，再以NiCo
‑
DH为前驱体，通过退火热处理得到纳米尺寸的含尖晶石相的空心笼状镍钴双金属氧化物NiCo
‑
O，不仅工艺简单、制备周期短，适合大规模生产；而且制备的含尖晶石相的空心笼状NiCo
‑
O纯度高、结晶性好。
[0026](2)、本专利技术制备的含尖晶石相的空心笼状NiCo
‑
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种空心笼状镍钴双金属氧化物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、先按照比例(20～30g)：(500～700mL)将聚乙烯吡咯烷酮溶解于体积浓度为60％的乙醇水溶液中并搅拌均匀，得到混合溶液，再取300～500mg Cu2O，并按照质量比(1～4)：(4～1)分别取CoCl2·
6H2O和NiCl2·
6H2O，且CoCl2·
6H2O和NiCl2·
6H2O的质量之和为300～500mg，然后将CoCl2·
6H2O、NiCl2·
6H2O和Cu2O依次加入混合溶液中，搅拌均匀后得到橘黄色浑浊溶液；步骤2、取40～50g硫代硫酸钠溶解于100mL去离子水中并搅拌均匀，得到硫代硫酸钠水溶液，并将其逐滴加入步骤1得到的橘黄色浑浊溶液中，搅拌均匀后，静置老化，然后依次离心、洗涤和干燥，得到钴镍氢氧化物粉体；步骤3、将钴镍氢氧化物粉体置于磁舟中并放入管式炉，在空气气氛下，以1～3℃/min的升温速率自室温升温至250～300℃，并保温，随炉冷却后得到空心笼状镍钴双金属氧化物NiCo
‑
O。2.根据权利要求1所述空心笼状镍钴双金属氧化物的制备方法，其特征在于，所述步骤1的Cu2O由以下方法制得：步骤1.1、取20～30g聚乙烯吡咯烷酮溶解于300～500mL去离子水中，得到聚乙烯吡咯烷酮的水溶液，向聚乙烯吡咯烷酮的水溶液中加入2g CuCl2·
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【专利技术属性】
技术研发人员：沈学涛，张莹，董定桐，王玺，高宁，王茗钰，许占位，孔硌，杨军，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：