[发明专利]镍钴氧纳米膜材料的制备方法及其在锌空气电池的应用

说明书

本发明涉及一种镍钴氧纳米膜材料的制备方法及其在锌空气电池的应用。将硝酸钴和硝酸镍在去离子水中超声分散，得到标准盐溶液；在硝酸钴和硝酸镍溶液中加入硝酸钠和去离子水，室温下机械搅拌混合；向混合溶液中加入氨水，搅拌得到钴镍氨配合物溶液；将得到混合溶液在密封的条件下进行水热处理，得到黑色沉淀；将黑色沉淀依次经去离子水、无水乙醇洗涤，空气气氛下干燥，得到镍钴氧纳米薄膜材料；本发明制备的镍钴氧纳米薄膜材料应用于锌空气电池空气阴极，将镍钴氧纳米薄膜材料与有机溶剂及粘结剂混合，超声分散后得到浆料；将浆料均匀涂附于预处理后的碳布上，干燥后即得所述电极片。实现了碳布负载超薄膜，提高了电极性能，适用于商业化应用。

技术领域

本发明属于金属-空气电池电催化领域，具体涉及一种高效廉价可充式锌-空气电池空气阴极材料的制备方法。特别是镍钴氧纳米膜材料的制备方法及其在锌空气电池的应用。

背景技术

目前，化石能源危机、气候变暖等问题日益严峻，寻找可替代能源成为当务之急。锌-空气电池以其较高的理论能量密度和功率密度、廉价易得、安全环保等特点获得了越来越多的关注。锌-空气电池主要由三部分组成：锌金属阳极、空气阴极和隔离层。其中，可充式锌空气电池商业化的主要问题是寻找高效催化、发生在空气阴极的氧还原反应和析氧反应的双功能催化剂。

尖晶石镍钴氧在超级电容器电极材料、固态传感器和光学器件等领域有着广泛应用。由于纳米材料不同形貌暴露的活性位点对于材料的电催化性能的有重大影响，所以制备超薄纳米薄膜成为了纳米材料学家研究的一个方向。目前为止，人们已经相继制备出了不同形貌的镍钴氧纳米晶体，诸如纳米球、纳米棒、纳米片、纳米颗粒等。超薄纳米膜不仅可以增强催化反应和活性位点数量，而且可以增强催化反应动力。此外，碳布作为催化剂负载基底，导电性和亲水性较好，是一种极好的催化剂载体材料。因此，在碳布上负载具有优良双功能电催化功能的过渡金属氧化物催化剂可以制备出高效廉价的锌-空气电池阴极材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种镍钴氧纳米薄膜材料的简单环保、高效廉价的制备方法。采用一步水热法制备薄膜状镍钴氧纳米晶体，其电催化析氧反应和氧还原反应的性能优越。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种镍钴氧纳米膜材料的制备方法，步骤如下：

1)、将硝酸钴和硝酸镍在去离子水中超声分散，得到标准盐溶液；

2)、在硝酸钴和硝酸镍溶液中加入硝酸钠和去离子水，室温下机械搅拌，混合均匀；

3)、向混合溶液中加入氨水，搅拌均匀，得到钴镍氨配合物溶液；

4)、将步骤3)得到的混合溶液在密封的条件下进行水热处理，得到黑色沉淀；

5)、将步骤4)所得黑色沉淀依次经去离子水、无水乙醇洗涤，空气气氛下干燥，得到镍钴氧纳米薄膜材料。

优选条件如下：

所述步骤1)硝酸钴和硝酸镍溶液的浓度同为为0.8～1.2mol/L；

所述步骤2)硝酸钴和硝酸镍溶液的用量比例为0.5～2；所述去离子水的体积为硝酸钴和硝酸镍溶液总体积量2倍；

所述步骤2)硝酸钠的用量为硝酸钴和硝酸镍加入的总摩尔量；

所述步骤3)氨水的体积为硝酸钴和硝酸镍溶液总量的2倍，搅拌转速为200～600r/min，搅拌时间为5～20min；

所述步骤4)水热反应的温度为120～140℃，水热处理的时间为9～18h；

所述步骤5)真空干燥的温度为50～80℃，干燥时间为10～20h；

利用X射线衍射(XRD)及透射电镜(TEM)对其物相形貌以进行表征可知，该方法制备出薄膜状镍钴氧纳米晶体材料。