[发明专利]一种核壳结构钼酸镍@钴酸镍复合材料的制备和应用

说明书

技术领域

本发明涉及超级电容器领域，特别是一种适用于超级电容器的核壳结构钼酸镍@钴酸镍复合材料的制备和应用。

背景技术

随着经济社会的快速发展和人口的急剧增长，以及人们对生活质量要求的提高，这都加速了能源与资源的消耗。而传统能源如煤炭、石油、天然气等都是不可再生能源，由于当今社会的巨大消耗量，其存储量已快接近枯竭。21世纪，能量存储问题是诸多挑战中的一种。因此，亟需研究出一种高性能、低成本和环境友好型的储能装置来满足人们的需求。超级电容器，又叫做电化学电容器，因具有较高的能量密度、快速的充放电过程、环境友好和长的使用寿命等优点，受到人们的广泛关注。根据储能机理，超级电容器可分为两类：双电层电容器和法拉第赝电容器。在双电层电容器中，电荷在电极材料和电解质溶液的表面得到积累（如碳材料）。而法拉第赝电容器储存能量通过在电极表面发生快速且可逆的氧化还原反应（如金属氧化物/氢氧化物和导电聚合物）。金属氧化物电极因赝电容行为使其潜在的比电容比碳材料要高。在金属氧化物中，特别是二元金属氧化物，因具有多重氧化态，可以发生丰富的氧化还原反应，单一氧化物之间存在协同效应，有望成为高性能的超级电容器电极材料。近年来，金属钼酸盐（CoMoO₄、NiMoO₄、MnMoO₄）具有价格低廉、环境友好、资源丰富等特点受到科研工作者的关注。由于Ni离子的高电化学活性而使NiMoO₄具有更高的比容量。以NiMoO₄为关键词在科学引文索引（SCI）中近5年的检索结果，可以发现：与NiMoO₄有关的文献逐年增多，已逐渐成为研究热点。

钴酸镍（NiMoO₄）作为一种新型的超级电容器电极材料，具有比容量高、价格低廉、环境友好和资源丰富等优点。尽管NiMoO₄较其它金属氧化物拥有更高的比容量，但仍然因其自身导电性能差而阻碍其发展与应用。法拉第赝电容储能方式，只有电极材料表面或者近表层的活性物质能参与氧化还原反应，材料内部的活性物质不能够被充分利用，从而导致其比容量小于理论值。本发明，采用在泡沫镍表面生长活性物质，保证了活性物质与导电基体和电解液之间的充分接触，提高其比电容、倍率性能以及循环稳定性。

钴酸镍（NiCo₂O₄）是利用更便宜、更环保的Ni原子取代Co₃O₄中的Co原子而得到的一种复合双金属氧化物，其具有与主体Co₃O₄相同的尖晶石结构，到目前为止，由于NiCo₂O₄具有比Co₃O₄和NiO高出两个数量级的电导率，因而作为先进超级电容器的赝电容材料表现出了良好的电化学性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种新的核壳结构钼酸镍@钴酸镍复合材料。

本发明的技术方案是，（1）泡沫镍的预处理：对泡沫镍进行表面清洗以除去表面的杂质及氧化物；

（2）以泡沫镍为基体的纳米棒状结构钼酸镍材料的制备

（2-1）将经过步骤（1）处理后的泡沫镍垂直放入反应釜中；

（2-2）将一定比例的钼酸钠、硝酸镍和醋酸钠分散在去离子水中，磁力搅拌3h，得到均匀的混合溶液；

（2-3）将上述混合液转移至反应釜，温度为80-200℃下反应2-15h；

（2-4）反应完毕，将所得到产物用去离子水清洗数次，经干燥后得到以泡沫镍为基体的纳米线状钼酸镍材料；

（3）将制备的钼酸镍材料与硝酸钴、硝酸镍、硝酸铵和氨水溶液进行共沉淀反应；

（4）反应完毕，将所得到产物用去离子水清洗数次，经干燥后，焙烧，再冷却至室温，最终得到核壳结构钼酸镍@钴酸镍复合材料。

钼酸钠与硝酸镍的摩尔比1:1，钼酸钠与醋酸钠的摩尔比1:1~10:1，钼酸镍：硝酸镍的摩尔比10:1~1:1。

所述清洗采用超声波清洗，清洗三次，每次3分钟。

将水热辅助共沉淀反应后得到的复合材料进行焙烧，焙烧的温度为250-450℃，时间为1-4h，升温速率为0.1-10℃/分钟之间。

所述以泡沫镍为基体的线状纳米结构NiMoO4材料制备，其水热反应温度为100-160℃，反应时间为4-10h。