[发明专利]一种高比表面积缺陷型钴酸镍的制备方法

说明书

本发明涉及一种高比表面积缺陷型钴酸镍的制备方法。本发明的目的是要解决现有钴酸镍导电性较差和活性位点较少的问题，提供一种可同时提高其作为超级电容器电极性能和电催化析氢催化剂性能的制备方法。方法：以硝酸镍、硝酸钴、甘油和正硅酸乙酯为原料，采用自活化法，得到具有高比表面积缺陷型钴酸镍材料，为同时提高现有钴酸镍超级电容器性能和电催化析氢性能提供了一种制备方法。

技术领域

本发明涉及一种高比表面积缺陷型钴酸镍的制备。

背景技术

超级电容器是一种介于传统电容器和电池之间的新型储能器件，通过在电极材料和电解质界面快速的离子吸脱附或完全可逆的法拉第氧化还原反应来存储能量，是具有广泛开发前景的新型储能器件，一般以过渡金属氧化物为代表。氢气(H₂)已被证明是一种理想的能量载体，它通过水电解中的氢气演化反应(HER)产生，在丰富的能源转换技术中，HER提供了一种可持续生产氢气的方法。目前，铂基材料被认为是最有效的电催化析氢催化剂，但高成本限制了其广泛应用。因此，开发高效且储量丰富的电催化析氢催化剂是当前研究重点。

钴酸镍具有比单金属镍/钴氧化物更优异的电化学活性，但其导电性能和电化学活性位点依然有待改善。令钴酸镍通过自活化法改善其比表面积，并通过制造氧缺陷的方式来提升钴酸镍导电性和丰富电化学活性位点，从而提高其导电能力和电化学性能，对解决能源紧缺问题具有重要研究意义。

发明内容

本发明的目的是要克服钴酸镍导电性能差、反应活性位点少的问题，而提供一种简单、新颖、产率较高的制备方法。

本发明的一种高比表面积缺陷型钴酸镍的制备方法是按以下步骤完成：

(1)硝酸钴和硝酸镍溶于异丙醇和甘油中，常温下搅拌2小时后将该液体转移到100毫升聚四氟乙烯高压釜中进行水热反应，反应完毕后自然冷却，用去离子水对沉淀物反复洗涤，干燥得到甘油镍钴微球；

(2)正硅酸乙酯加入到异丙醇中，常温下搅拌一段时间得到溶液A，将0.2克步骤(1)中制备的沉淀物溶于异丙醇、去离子水和氨水中得到溶液B。将溶液A逐滴滴加到溶液B中后再搅拌一段时间，用去离子水对沉淀物反复洗涤，干燥得到表面覆盖二氧化硅的甘油镍钴微球；

(3)将0.2克步骤(2)中制备的沉淀物放入马弗炉中煅烧，得到表面覆盖二氧化硅的钴酸镍微球；

(4)将0.2克步骤(3)中制备的产物放入氢氧化钠溶液中刻蚀，重复三次，洗涤至中性后干燥得到高比表面积钴酸镍；

(5)将步骤(4)中得到的高比表面积钴酸镍和次亚磷酸钠分别置于管式炉的两个瓷舟中，其中次亚磷酸钠位于上游，在N₂保护条件下煅烧，得到高比表面积缺陷型钴酸镍即为超级电容器及电催化析氢材料；

所述步骤(1)中硝酸钴和硝酸镍的质量为0.2-2克，异丙醇的体积为30-100毫升，甘油体积为5-20毫升，水热反应温度50-200摄氏度，反应时间5-20个小时，干燥条件为50-80摄氏度10-20小时；

所述步骤(2)中正硅酸乙酯体积为0.5-3毫升，溶液A中异丙醇体积为30-100毫升，搅拌时间为3-60分钟，溶液B中异丙醇体积为30-100毫升、去离子水体积为50-200毫升氨水体积为0.5-3毫升，A溶液滴加到B溶液后搅拌时间为5-30个小时，干燥条件为50-80摄氏度10-20小时；

所述步骤(3)中煅烧温度为300-500摄氏度，煅烧时间为1-4小时，干燥条件为50-80摄氏度10-20小时；

所述步骤(4)中刻蚀温度为50-150摄氏度，刻蚀时间为10-35小时，氢氧化钠溶液浓度为1-4摩尔每升；

所述步骤(5)中高比表面积缺陷型钴酸镍和次亚磷酸钠质量比为1：5，管式炉煅烧温度为250-500摄氏度，煅烧时间为1-5小时。