[发明专利]一种NiCo-LDH纳米材料的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种NiCo‑LDH纳米材料的制备方法及其应用，包括以下步骤：（1）称取硝酸钴和2‑甲基咪唑分别溶于去离子水中，将两溶液混和并向其中加入清洁泡沫镍，在室温下反应，获得包覆紫色沉淀的泡沫镍，洗涤并干燥；（2）将镍源均匀溶于去离子水中，制得镍源溶液，然后将包覆紫色沉淀的泡沫镍放入镍源溶液中，在室温下反应，获得包覆绿色沉淀的泡沫镍，洗涤并干燥，最终得到原位生长在泡沫镍基底上的NiCo‑LDH纳米材料。NiCo‑LDH纳米材料呈现具有中空结构的片层状，具有较高的比表面积，且电化学性能显著优于现有技术。本发明以去离子水代替贵价溶剂，实验条件温和，方法简单且易于操作控制，耗能极低，适合工业化连续大规模量产。

技术领域

本发明属于材料制备领域，具体涉及一种以泡沫镍为基底的NiCo-LDH纳米材料的高效低耗制备方法，还涉及该材料在超级电容器的电极材料上的应用。

背景技术

随着经济的快速发展，现代社会对于能源的需求越来越迫切，其中能源的转化和储存是现阶段最重大的课题之一，尤其是在移动电子设备和新能源汽车快速发展的今天，高效的储能器件是实现新能源广泛运用的前提。近年来，对于可移动储能器件的提出了新的需求，即同时拥有高比能量和高比功率。基于这个需求，拥有相对较高的能量密度和较高功率密度的超级电容器吸引了人们的目光。现阶段的超级电容器可以分为双电层超级电容器和赝电容超级电容器，在超级电容器的各部分组成中，电极材料是实现电荷存储的关键。而电极材料的比表面积、导电性和稳定性则是影响超级电容器电化学性能至关重要的因素。

层状双氢氧化物（LDHs）具有较好的电导性和优异的化学稳定性，是一种理想的高性能且具有低成本的电极材料，常常以MOFs结构为牺牲模板制备多孔材料，以增加材料的比表面积。其制备方法包括共沉淀法、水热合成法、电化学沉积法等，但这些方法通常需要消耗大量额外的能源，比如共沉淀法中的碱源和水热法中的高温高压环境。这不仅提高了LDHs的制造成本，也使得生产过程更加复杂，不利于大规模生产。

发明内容

本发明的目的在于提供一种NiCo-LDH纳米材料的制备方法及其应用。相比于其他制备方法，本方法采用室温下阳离子交换法，以去离子水为溶剂，减少了加热仪器和高成本溶剂的使用，并且原位生长快速，具有绿色、高效和低耗的特点。制备得到的NiCo-LDH纳米材料呈现出具有中空结构的片层状，具有较高的比电容和良好的循环性能，且以泡沫镍为基底原位生长的NiCo-LDH纳米材料可直接作为电极材料使用，减少了电极材料制备过程中粘结剂的使用，提高了材料的导电性。本发明提供了一种以绿色溶剂水代替贵价溶剂，方法简单、产率高、耗能低且适合工业化连续大规模量产的纳米材料制备方法。

本发明采用的技术方案如下：

一种NiCo-LDH纳米材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）将硝酸钴和2-甲基咪唑分别溶于水中，搅拌均匀，将两溶液混和，同时将清洁泡沫镍放入混和溶液中，静置后获得包覆紫色沉淀的泡沫镍；

（2）将步骤（1）获得的包覆紫色沉淀的泡沫镍洗涤、干燥获得以泡沫镍为基底的Co-MOF材料；

（3）将镍盐溶于水中并搅拌，获得镍源溶液，将步骤（2）获得的包覆紫色沉淀的泡沫镍放入镍源溶液中，静置后获得表面覆有绿色沉淀的泡沫镍；

（4）将步骤（3）获得的泡沫镍洗涤、干燥获得以泡沫镍为基底的NiCo-LDH纳米材料。

所述步骤（1）中，硝酸钴和2-甲基咪唑的摩尔比为1：（4-8）。

所述步骤（1）中，溶剂为水，优选去离子水。

所述步骤（1）中，清洁泡沫镍是将泡沫镍清洁干净备用，其中泡沫镍可选择大小为（1×2-2×6cm²）,厚度为1.7mm。

所述步骤（1）中，实验过程的反应温度为室温15-30℃。