本发明专利技术涉及一种用于超级电容器的纳米氧化镍/镍/石墨烯复合材料及制备方法，属于纳米复合材料和电化学领域。本发明专利技术提供一种纳米氧化镍/镍/石墨烯复合材料，其结构为：石墨烯表面均匀分布有纳米氧化镍和金属镍颗粒。本发明专利技术的材料利用石墨烯的特性，克服NiO作为超级电容器材料存在的缺陷，制备出高容量，稳定性好，绿色环保的适用于超级电容器的氧化镍/镍/石墨烯复合材料。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种用于超级电容器的纳米氧化镍/镍/石墨烯复合材料及制备方 法，属于纳米复合材料和电化学领域。
技术介绍
化石能源日益短缺，世界各国对电动汽车研究的投入与日倶增。而电动汽车最重 要的组成部分是其电源系统。因此，开发高能量密度、高功率密度、长寿命、安全性能好、成 本低和环境友好的高性能储能器件尤为关键。在这些高性能储能器件中，超级电容器由于 充电时间短、使用寿命长、温度特性好、节约能源和绿色环保等优势，引起了人们的极大关 注。其中，电极材料的研究是关键，其核心思想，是通过对电极材料组成及形貌的调控来提 尚超级电容器的电化学性能。 众所周知，NiO是一种具有良好氧化还原性能以及较大理论比电容的电极材料，并 且原料丰富、价格低廉和环境友好。但是，NiO作为超级电容器电极材料存在导电性差和纳 米颗粒容易团聚两个致命的缺点。因此NiO在实际应用过程中显示出的比电容远低于其理 论值。NiO作为超级电容器电极材料的电化学性能还有巨大的提升空间。 新型二维炭材料石墨烯，因具有优异的导电性和超大的比表面积，为超级电容器 电极材料的开发提供了新的机遇。将金属氧化物原位生长于石墨烯表面，增加氧化镍颗粒 之间的导电性，能制备高性能的复合电极材料。 专利CN201110050158. 6公开了一种纳米氧化镍/石墨稀复合材料及制备方法， 采用水溶性铵盐使氧化石墨烯和水溶性镍盐沉淀，得到石墨烯/氧化镍复合材料的前驱 体，然后在惰性气体保护下高温烧结成相，该方法简单，在一定程度上提高了电极材料的比 电容；专利CN201310671441.X报道了氧化镍/还原氧化石墨烯纳米片复合材料的制备方 法，采用氧化石墨烯纳米片与硝酸镍醇热反应，然后在空气中烧结处理制得氧化镍/石墨 烯复合材料，该方法制备的电极材料具有优良的电化学活性，但是比电容大小随着充放电 流的增大显著降低，并且醇热反应需要温度高、时间长（140~180°C反应10~12h);专利 201410110704. 4公开了一种石墨烯负载花状多孔氧化镍复合材料的制备方法，该方法制 得的复合材料比单纯氧化镍的比电容明显提高，然而在制备过程中仍然需要温度较高、时 间较长的水热反应（120~200°C反应6~48h) ;H.Y.Zhang课题组亦报道了利用水热法 (180°C反应24h)合成石墨烯/氧化镍复合材料前驱体，然后在微波辐射条件下制得氧化镍 / 石墨稀复合材料（Y.M.Chen,Z.D.Huang,H.Y.Zhang,etal.，InternationalJournalof HydrogenEnergy, 2014(39):16171-16178)〇
技术实现思路
本专利技术提供一种新的具有独特结构的纳米氧化镍/镍/石墨烯复合材料，该材料 利用石墨烯的特性，克服NiO作为超级电容器材料存在的缺陷，制备出高容量，稳定性好， 绿色环保的超级电容器材料。 本专利技术的技术方案： 本专利技术提供了一种纳米氧化镍/镍/石墨稀复合材料，其结构为：石墨稀表面均勾 分布有纳米氧化镍和金属镍颗粒。 本专利技术还提供了上述纳米氧化镍/镍/石墨烯复合材料的制备方法，以氧化石墨 烯和水溶液镍盐为原料，采用草酸或柠檬酸为络合剂，先制得纳米氧化镍/镍/石墨烯复合 材料的前驱体，然后将前驱体于300~450°C焙烧即得纳米氧化镍/镍/石墨烯复合材料。 所述水溶性镍盐为六水合硝酸镍、硫酸镍或氯化镍。 优选的，所述水溶性镍盐为六水合硝酸镍。 优选的，采用草酸为络合剂。 优选的，焙烧温度为350~400 °C。 进一步，水溶液镍盐为六水合硝酸镍，六水合硝酸镍与草酸的摩尔比为1~2 : 1， 氧化石墨烯的质量占六水合硝酸镍质量的1%~8%。 优选的，水溶液镍盐为六水合硝酸镍，六水合硝酸镍与草酸的摩尔比为1. 5~2 : 1，氧化石墨烯的质量占六水合硝酸镍质量的3%~8%。 更优选的，水溶液镍盐为六水合硝酸镍，六水合硝酸镍与草酸的摩尔比为1. 5 : 1，氧化石墨烯的质量占六水合硝酸镍质量的5%;焙烧温度为400°C。 进一步，上述纳米氧化镍/镍/石墨烯复合材料的制备方法具体为：先将氧化石墨 烯和水混合、超声处理后得悬浮液，再加入水溶性镍盐和络合剂，然后于70~80°C(优选 采用水浴方式加热）加热制备纳米氧化镍/镍/石墨烯复合材料的前驱体，最后将前驱于 300~450°C焙烧即得本专利技术的纳米氧化镍/镍/石墨烯复合材料。 进一步，当水溶性镍盐为六水合硝酸镍、络合剂为草酸时，上述方法的具体步骤如 下： a.将氧化石墨烯加入去离子水中，超声分散为悬浮液备用，Iml去离子水中加入 1~2mg氧化石墨稀； b.步骤a所得悬浮液中加入Ni(NO3) 2 *6H20和草酸，搅拌混匀，并超声20~60 (优 选为30min)min形成溶胶；这一步的作用主要是草酸络合硝酸镍，并且络合物分散于氧化 石墨稀上； c?步骤b所得溶胶采用磁力搅拌或旋转蒸发；水浴加热至70~80°C，保持2~3 小时至形成固态粉状； d.步骤c所得固态粉料于80~100°C下干燥12~48 (优选为24h)h; e?步骤d所得物料于300~450 °C焙烧0? 5~2h，焙烧全程在惰性气体（优选为 N2)下进行，焙烧结束后于惰性气体气氛中自然冷却至室温，制得纳米氧化镍/镍/石墨烯 复合材料。 本专利技术所采用的氧化石墨稀使用改进的Hmnmers法氧化天然鳞片石墨得到。 上述纳米氧化镍/镍/石墨稀复合材料在超级电容器电极材料中的应用。 本专利技术的有益效果： 1.工艺简单，采用草酸络合法制备纳米氧化镍/镍/石墨烯复合材料的前驱体，操 作温度低，制备周期短。 2.制备的纳米氧化镍/镍/石墨烯复合材料的结构特点在于：焙烧过程中，部分 氧化镍被碳还原为金属镍，对氧化镍起分隔作用，防止氧化镍聚集，利于其分散；氧化镍在 石墨烯上生长，作为基体的石墨烯具有良好的导电性，增加氧化镍颗粒之间的导电性，实现 复合材料导电性能提高。 3.用这种简单的方法制备的氧化镍/镍/石墨烯复合材料比电容高，循环性能好， 稳定性强。【附图说明】 图1为：(a)对比例1制备的纯相NiO的X射线衍射（XRD)图；(b)实施例8制备 的氧化镍/镍/石墨烯复合材料的XRD图；（c)氧化石墨烯的X射线衍射（XRD)图。 图2是实施例8制备的氧化镍/镍/石墨烯复合材料的透射电镜（TEM)图。结果 表明，氧化镍/镍混合物的颗粒均匀分散于石墨烯表面；选区电子衍射图（图2内插图）也 表明同时存在NiO和Ni，这和XRD结果一致。 图3是实施例8制备的氧化镍/镍/石墨烯复合材料的高倍透射电镜（TEM)图。 该图可进一步清楚地观察到氧化镍和金属镍以及晶粒之间的界面。表明本专利技术制备的间隔 有金属镍的纳米氧化镍颗粒均匀分散于石墨烯表面的该复合材料，一方面利用还原石墨烯 的高导电率来增加氧化镍颗粒之间的导电性，提高其赝电容；另一方面氧化镍/镍颗粒能 防止石墨烯片层的团聚，也利于充分发挥石墨烯碳材料本身的双电层电容。因此，该复合材 料集合了双电层电容和赝电容两者的特性。 图4是实施例8制备的氧化镍/镍/石墨烯复合材料在不同电流密度下的充放电 曲线。 图5是对比例1制备的纯相NiO在不同电流密度下的充放电曲线本文档来自技高网...
【技术保护点】
纳米氧化镍/镍/石墨烯复合材料，其特征在于，其结构为：石墨烯表面均匀分布有纳米氧化镍和金属镍颗粒。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：文婕，李云涛，赵春霞，邢云亮，冷帅，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：四川;51
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