[发明专利]石墨烯气凝胶复合钴酸镍纳米线阵列材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种石墨烯气凝胶复合钴酸镍纳米线阵列材料及其制备方法。其技术方案是：将石墨烯氧化物溶液于反应釜中水热反应，干燥，得石墨烯气凝胶。按六水合氯化镍∶六水合氯化钴∶尿素的摩尔比为1∶2∶（7~10）和六水合氯化镍的浓度为0.016~0.1mol/L，将六水合氯化镍、六水合氯化钴和尿素溶于去离子水中，搅拌，得混合溶液。按石墨烯气凝胶∶混合溶液中的六水合氯化镍的质量比为1∶（2~4）将石墨烯气凝胶放入混合溶液中，水热反应，干燥，得前驱体。将前驱体在300~400℃保温1.5~3h，制得石墨烯气凝胶复合钴酸镍纳米线阵列材料。本发明工艺简单、环境友好和能实现工业化生产，所制备制品比容量高、倍率性能好和循环稳定性优异。

技术领域

本发明属于钴酸镍纳米线阵列复合材料技术领域。具体涉及一种石墨烯气凝胶复合钴酸镍纳米线阵列材料及其制备方法。

背景技术

超级电容器是一种介于传统电容器和蓄电池之间的新型储能器件，被认为是最有发展前景的可再生的、清洁的能源转换和储存装置，具有比能量高、工作温度范围广、使用寿命长、循环性能好、功率密度大和绿色环保等优点，广泛应用于电子产品、电动汽车行业、航空航天以及储备电源等领域。目前，超级电容器电极材料的研究主要包括碳材料、金属氧化物和导电聚合物，其中，金属氧化物以其高的比容量而受到更多关注。

钴酸镍来源广泛、价格低廉和对环境友好，作为一种多混合价态的过渡金属氧化物，具有比NiO和Co₃O₄更高的电导率和电化学反应活性，正是我们寻找的适合的电极材料。然而钴酸镍固有的低本征电子电导率仍严重影响了其性能发挥，特别是倍率性能和循环稳定性能，进而限制了钴酸镍在电化学储能中的应用。虽然目前已经开发出钴酸镍与碳纤维或石墨烯复合的改性方法，虽在一定程度上提升钴酸镍的电化学性能，但是碳纤维负载易形成钴酸镍的团聚从而降低活性比表面，而石墨烯片层在反应过程中容易堆叠形成厚片，这些问题依旧限制钴酸镍材料的性能发挥，难以满足对超级电容器电极材料越来越高的性能要求。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的不足，目的在于提供一种工艺简单、操作方便、环境友好和可实现工业化生产的石墨烯气凝胶复合钴酸镍纳米线阵列材料的制备方法；用该方法制备的石墨烯气凝胶复合钴酸镍纳米线阵列材料比容量高、倍率性能好和循环稳定性优异。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

(1)将浓度为2～2.5kg/m³的石墨烯氧化物溶液置于反应釜中，在145～155℃条件下水热反应2～3h，自然冷却，冷冻干燥，制得石墨烯气凝胶。

(2)按六水合氯化镍∶六水合氯化钴∶尿素的摩尔比为1∶2∶(7～10)配料，再按六水合氯化镍的浓度为0.016～0.1mol/L，将所述六水合氯化镍、六水合氯化钴和尿素溶于去离子水中，搅拌，超声分散，得到混合溶液。

(3)按所述石墨烯气凝胶∶所述混合溶液中的六水合氯化镍的质量比为1∶(2～4)，将所述石墨烯气凝胶放入所述混合溶液中，在90～95℃条件下水热反应20～24h，自然冷却，洗涤，冷冻干燥，得到前驱体。

(4)将所述前驱体置于管式气氛炉中，以1～2℃/min速率升温至300～400℃，保温1.5～3h，冷却，制得石墨烯气凝胶复合钴酸镍纳米线阵列材料。

所述石墨烯气凝胶复合钴酸镍纳米线阵列材料的钴酸镍纳米线与三维大孔气凝胶中的石墨烯相结合，形成紧密排列的纳米线阵列，负载的钴酸镍纳米线为多孔结构，形成气凝胶大孔与纳米线介孔嵌套的石墨烯气凝胶复合钴酸镍纳米线阵列材料。

所述六水合氯化镍、六水合氯化钴和尿素均为分析纯。

所述洗涤是先用乙醇洗3～5次，再用去离子水洗3～5次，然后用去离子水浸泡8～12小时，再用去离子水洗3～5次。

由于采用上述技术方案，本发明相对于现有技术的有益效果如下：