[发明专利]一种层状双金属氢氧化物@硅藻土复合结构材料及其制备方法以及应用

说明书

本发明提供了一种层状双金属氢氧化物@硅藻土复合结构材料的制备方法，包括以下步骤：A)将镍盐溶液、金属盐溶液、尿素和纯化后的硅藻土混合，得到混合物，所述金属盐选自钴盐、铝盐和锰盐中的一种或多种；B)在密闭条件下，所述混合物进行水热反应，得到层状双金属氢氧化物@硅藻土复合结构材料。本发明利用纳米自组装技术，将硅藻土经过提纯后，在无模板剂条件下，一步水热反应制备得到LDH@硅藻土复合结构材料。该材料结构稳定、纳米片分布均匀，形貌一致，尺寸可控。并具有良好的电化学性能以及吸附性能。

技术领域

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种层状双金属氢氧化物@硅藻土复合结构材料及其制备方法以及应用。

背景技术

现代社会中储能装置已经广泛用于电动汽车，移动电子产品，生物医学装置等领域，给人类生活带来了极大的便利。在所有能量存储设备中，超级电容器由于功率密度高、循环稳定性好、充电能力强等优点，得到广泛研究。我国《国家中长期科学技术发展规划纲要》将超级电容器列为高效能源前沿技术的重要组成部分。

迄今为止，包括碳材料、金属氧化物、石墨烯等多种电极材料中，都得到了广泛研究。在多种电极材料中，层状双金属氢氧化物(Layered Double Hydroxide,LDH)是一类重要的二维阴离子型层状化合物，由层间阴离子与带正电荷的层板有序组装而成，具有类水滑石的片层结构。LDH独特的空间结构不仅使其具有阴离子可交换性、组成结构可控性，层板间的可变价阴离子又可以提供大量的电化学活性位点而产生高的法拉第赝电容，是一种具有良好应用前景的超级电容器电极材料。

层状双氢氧化物(LDH)材料主要是通过盐和碱反应，盐和氧化物反应以及离子交换反应制得。理论上来说，只要二价离子半径与Mg²⁺的半径接近，三价离子的半径与Al³⁺半径接近，即可与层板上的Mg²⁺、A1³⁺同晶取代，得到层状结构的类水滑石，因此，从理论上来说双金属氢氧化物的种类是无法预计的。经过文献调研发现，目前结晶度高的LDH材料一般都是Al³⁺基LDH，如Mg-Al LDH,Co-Al，Fe-Al甚至是三元M-M’-Al LDH，至今关于非Al³⁺基LDH，尤其是结构和形貌较好的过渡金属基LDH的报道较少。因此，在LDH中引入过渡金属离子是一种有益的尝试，期望可赋予LDH一些独特的性能。例如，Ni-Al，Ni-Co和Ni-Mn的层状双金属氢氧化物(LDH)纳米结构由于其灵活的离子交换能力，良好的氧化还原活性等，已经被证明是用于赝电容器的有效电活性材料。

然而，基于LDH的具有精确可控形貌及特性的复合三维微纳米尺度电极材料的制备仍然是重大的挑战。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种层状双金属氢氧化物@硅藻土复合结构材料及其制备方法以及应用，本发明提供的制备方法制备得到的复合结构材料结构稳定、纳米片分布均匀，形貌一致，尺寸可控，并且具有良好的电化学性能以及吸附性能。

本发明提供了一种层状双金属氢氧化物@硅藻土复合结构材料的制备方法，包括以下步骤：

A)将镍盐溶液、金属盐溶液、尿素和纯化后的硅藻土混合，得到混合物，所述金属盐选自钴盐、铝盐和锰盐中的一种或多种；

B)在密闭条件下，所述混合物进行水热反应，得到层状双金属氢氧化物@硅藻土复合结构材料。

优选的，所述硅藻土的纯化方法为：

将硅藻土与浓硫酸、去离子水混合加热，进行反应后，再加入去离子水稀释进行加热反应，得到反应产物；

将所述反应产物干燥后煅烧，得到纯化的硅藻土。

优选的，所述浓硫酸的浓度为体积分数98％；

所述硅藻土、浓硫酸以及去离子水的质量体积比为用量为：