本发明专利技术公开了一种钠掺杂“蝴蝶结”状焦磷酸镍‑钴复合电极材料及其制备方法，属于功能材料制备技术领域。该方法以硝酸钴、硝酸镍、酒石酸钠和磷酸铵为原料，蒸馏水为溶剂，采用水热法制备出“蝴蝶结”状前驱体化合物，该前驱体化合物在空气氛围下经过高温煅烧，即可制备出钠掺杂“蝴蝶结”状焦磷酸镍‑钴复合电极材料。制备的钠掺杂“蝴蝶结”状焦磷酸镍‑钴复合电极材料是由纳米颗粒组装而成，其表面粗糙、疏松多孔。在4.0Ag‑1下经过2000次往复充放电循环后，其电容量仍可达到初始值的98.9%。该发明专利技术方法易操作实施、成本低、产率高、重现性好。
【技术实现步骤摘要】
钠掺杂“蝴蝶结”状焦磷酸镍-钴复合电极材料及其制备方法
本专利技术涉及一种钠掺杂“蝴蝶结”状焦磷酸镍-钴复合电极材料及其制备方法，属于功能材料制备
技术介绍
传统化石然料(煤、石油、天燃气等)的日趋枯竭，以及其快速消耗所引发的环境问题日益受到公众的关注。因此，寻求开发新能源已成为当今迫在眉睫的任务。电化学能源器件是利用新能源的重要装置，其中超级电容器作为一种新型的电化学能量存储器件凭借着快速的充放电能力、超长周期寿命、低制造成本等优点倍受科研工作者的青睐。一直以来，电解液和电极材料是影响超级电容器性能的两大因素，电解液由于可供选择的范围较小，因而电极材料被认为是制约储能器件性能的主要瓶颈，所以电极材料的设计与开发是解决这一瓶颈的关键。近年来，超级电容器的电极材料报道已有很多，但目前的研究主要包括以下四种电极材料：炭材料、金属氧化物、金属硫化物和导电高分子聚合物。然而，金属磷酸盐作为一种电极材料却鲜有报道，电极材料复合化是提高超级电容器性能的一种行之有效的策略与途径。为丰富电极材料的种类，同时提高电极材料的电化学性能。研发一种工艺操作简单、产率高、重现性好的金属磷酸盐复合电极材料具有非常重要的现实意义。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术目的在于提供一种工艺操作简单、生产成本低的钠掺杂“蝴蝶结”状焦磷酸镍-钴复合电极材料的制备方法；另一目的在于提供电容器性能好的焦磷酸镍-钴复合电极材料。为实现本专利技术目的，在本专利技术技术方案中，首先将镍盐、钴盐、酒石酸盐和磷酸盐加入到蒸馏水中，搅拌混匀后得到反应溶液；其次将溶液转移至反应釜中，经过水热反应，可得到“蝴蝶状”的前驱体化合物；然后前驱体化合物在空气下经过高温煅烧，即可制备出钠掺杂“蝴蝶结”状焦磷酸镍-钴复合电极材料。具体步骤如下：1)“蝴蝶结”状前驱体化合物的制备：将镍盐、钴盐、酒石酸盐和磷酸盐加入到蒸馏水中，搅拌混匀，配制成反应溶液；将反应溶液转移至反应釜中，在200～220℃条件下水热反应，反应完毕后，自然冷却至室温；产物离心分离，洗涤，干燥后，得“蝴蝶结”状前驱体化合物。反应溶液中镍盐的浓度为0.005～0.15mol·L-1，钴盐的浓度为0.005～0.15mol·L-1，镍盐与钴盐的摩尔比为0.33-3：1，酒石酸盐与镍盐的摩尔比为13～60：1，磷酸盐与镍盐的摩尔比为3～30：1。2)钠掺杂“蝴蝶结”状焦磷酸镍-钴复合电极材料的制备：上述制备好的“蝴蝶结”状前驱体化合物平铺在干净干燥的瓷舟中，随后将装有前驱体化合物样品的瓷舟放入管式炉中，空气氛围下经过550～650℃高温煅烧，制备出钠掺杂“蝴蝶结”状焦磷酸镍-钴复合电极材料。本专利技术方法中,所述的镍盐优选六水硝酸镍，所述的钴盐优选六水硝酸钴，所述的酒石酸盐优选酒石酸钠，所述的磷酸盐优选磷酸三铵。本专利技术优点和创新点如下：1、将酒石酸钠引入到反应体系中作为结构“导向剂”，为“蝴蝶结”状前驱体化合物的生成起到了关键作用，同时酒石酸钠还可作为最终产物中的钠源。2、本专利技术采用了高温煅烧法，获得钠掺杂“蝴蝶结”状焦磷酸镍-钴复合电极材料，该方法在制备过程中，目标产物不仅保持前驱体化合物原有的形貌，而且还可产生新颖的微结构。3、该电极材料由纳米颗粒组装而成，其表面粗糙、疏松多孔,形貌规则均匀，大小约为1.5μm长、1.0μm宽。在电流密度是2.0、4.0、6.0、8.0和10Ag-1时，其电容量为738、674、615、568和515Fg-1，在4.0Ag-1下经过2000次往复充放电后，其电容量仍可达到初始值的98.9％，表明钠掺杂“蝴蝶结”状焦磷酸镍-钴复合电极材料具有良好的电化学稳定性。附图说明图1为本专利技术实施例1所得的“蝴蝶结”状前驱体化合物的场发射扫描电镜照片。图2为本专利技术实施例1所得的钠掺杂“蝴蝶结”状焦磷酸镍-钴复合电极材料的X-射线粉末衍射图谱。图3为本专利技术实施例1所得的钠掺杂“蝴蝶结”状焦磷酸镍-钴复合电极材料的场发射扫描电镜照片(a,b)，透射电镜(c)和高分辨电镜照片(d)。图4为本专利技术实施例1所得的钠掺杂“蝴蝶结”状焦磷酸镍-钴复合电极材料的X-射线光电子能谱全谱图。图5为本专利技术实施例1所得的钠掺杂“蝴蝶结”状焦磷酸镍-钴复合电极材料的能谱图(a)，钠掺杂“蝴蝶结”状焦磷酸镍-钴复合电极材料的扫描电镜照片(b)以及Ni、Co、P、O和Na元素的成份成像图(c-g)。图6为本专利技术实施例1所得的钠掺杂“蝴蝶结”状焦磷酸镍-钴复合电极材料的电化学性能：(a)不同扫速下的循环伏安曲线，(b)不同电流密度的充放电曲线，(c)不同电流密度对应的电容量曲线，(d)4Ag-1往复充放电循环2000次的稳定性曲线。具体实施方式为对本专利技术进行更好地说明，举实施例如下，如下实施例是对本专利技术的进一步说明，而不限制本专利技术的范围。实施例1①将0.0550g六水硝酸镍、0.0550g六水硝酸钴、0.776g酒石酸钠和0.150g磷酸三铵加入到20.0mL蒸馏水中，搅拌混匀后，上述反应液转移至反应釜中，在200℃条件下水热反应24h，反应完毕后，自然冷却至室温，产物离心分离，用无水乙醇和蒸馏水分别洗涤数次并干燥，可获得“蝴蝶结”状前驱体化合物。②将步骤①制备的“蝴蝶结”状前驱体化合物平铺在干净干燥的瓷舟中，将其放入管式炉中，在空气氛围下经过650℃高温煅烧0.5h，反应结束后，管式炉自然冷却至室温，即可最终获得钠掺杂“蝴蝶结”状焦磷酸镍-钴复合电极材料。附图1为所得前驱体化合物场发射扫描电镜照片，可见该前驱物的微结构是由多个纳米片自组装而成的“蝴蝶结”。该“蝴蝶结”状前驱体化合物经过高温煅烧后，产物的X-射线粉末衍射图谱如附图2所示，由图2可见衍射峰与Ni2P2O7(标准卡片JCPDS:39-0710)(1)和Co2P2O7(标准卡片JCPDS:49-1091)(2)相吻合，表明煅烧后的产物是由Ni2P2O7和Co2P2O7所组成。附图3a是Ni2P2O7-Co2P2O7复合电极材料的场发射扫描电镜照片，可看出煅烧后的产物仍保持前驱体化合物的“蝴蝶结”状结构，从图3b发现该“蝴蝶结”状焦磷酸镍-钴复合电极材料是由纳米颗粒组装而成，其表面粗糙、疏松多孔，材料形貌规则均匀，大小约为1.5μm长、1.0μm宽，图3c是Ni2P2O7-Co2P2O7复合电极材料的透射电镜照片，进一步表明“蝴蝶结”状焦磷酸镍-钴复合电极材料是由纳米颗粒所组成，图3d是Ni2P2O7-Co2P2O7复合电极材料的高分辨透射电镜照片，从中可清晰的看出晶格条纹间距d为0.17nm(1)和0.21nm(2)，分别对应于Co2P2O7的(-243)晶面和Ni2P2O7的(032)晶面。图4是Ni2P2O7-Co2P2O7复合电极材料的X-射线光电子能谱全图，从中可发现除了检测出Ni、Co、P和O元素外，还检测出Na元素，这充分证实了煅烧后的产物Ni2P2O7-Co2P2O7中含有钠元素。图5a为Ni2P2O7-Co2P2O7复合电极材料的能谱图，从谱图中分析可以得到煅烧后的产物主要含有Ni、Co、P、O和Na元素，图5(b-g)是元素成分成像图，结果显示Ni、Co、P、O和Na元素均匀的分布在Ni2P2O7-Co2P2O7复合电极材料中本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.钠掺杂“蝴蝶结”状焦磷酸镍‑钴复合电极材料，其特征在于，通过以下步骤制备而成： 1）前驱体化合物的制备：将镍盐、钴盐、酒石酸盐和磷酸盐加入到蒸馏水中，搅拌混匀，配制成反应溶液；将反应溶液转移至反应釜中，在200～220 ℃条件下水热反应，反应完毕后，自然冷却至室温；产物离心分离，洗涤，干燥后，得“蝴蝶结”状前驱体化合物； 2）钠掺杂“蝴蝶结”状焦磷酸镍‑钴复合电极材料的制备：上述制备好的“蝴蝶结”状前驱体化合物平铺在干净干燥的瓷舟中，随后将装有前驱体化合物样品的瓷舟放入管式炉中，空气氛围下经过550～650 ℃高温煅烧，制备出钠掺杂“蝴蝶结”状焦磷酸镍‑钴复合电极材料。
【技术特征摘要】
1.钠掺杂“蝴蝶结”状焦磷酸镍-钴复合电极材料，其特征在于，通过以下步骤制备而成：1）前驱体化合物的制备：将镍盐、钴盐、酒石酸盐和磷酸盐加入到蒸馏水中，搅拌混匀，配制成反应溶液；将反应溶液转移至反应釜中，在200～220℃条件下水热反应，反应完毕后，自然冷却至室温；产物离心分离，洗涤，干燥后，得“蝴蝶结”状前驱体化合物；2）钠掺杂“蝴蝶结”状焦磷酸镍-钴复合电极材料的制备：上述制备好的“蝴蝶结”状前驱体化合物平铺在干净干燥的瓷舟中，随后将装有前驱体化合物样品的瓷舟放入管式炉中，空气氛围下经过550～650℃高温煅烧，制备出钠掺杂“蝴蝶结”状焦磷酸镍-钴复合电极材料。2.如权利要求1所述的钠掺杂“蝴蝶结”状焦磷酸镍-钴复合电极材料，其特征在于，镍盐为六水硝酸镍，钴盐为六水硝酸钴，酒石酸盐为酒石酸钠，磷酸盐为磷酸三铵。3.如权利要求1或2所述的钠掺杂“蝴蝶结”状焦磷酸镍-钴复合电极材料，其特征在于，反应溶液中镍盐的浓度为0.005～0.15mol•L-1，钴盐的浓度为0.005～0.15mol•L-1，镍盐与钴盐的摩尔比为0.33-3：1，酒石酸盐与镍盐的摩尔比为13～60：1，磷酸盐与镍盐的摩尔比为3～30：1。4.制备如权利要求...
【专利技术属性】
技术研发人员：魏成振，程承，杜记民，张道军，杜卫民，
申请(专利权)人：安阳师范学院，
类型：发明
国别省市：河南,41
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