可用于超级电容器的二维镍钴氢氧化物纳米片/石墨烯@聚多巴胺的制备方法技术

一种可用于超级电容器的二维镍钴氢氧化物纳米片/石墨烯@聚多巴胺的制备方法的制备方法，属于材料制备技术领域。该方法将氧化石墨烯(GO)分散于水中，加入一定量的镍源、钴源、盐酸多巴胺和尿素混合均匀，倒入圆底烧瓶在一定温度下反应后取出，洗涤至中性，抽滤，冷冻干燥，即得到二维镍钴氢氧化物纳米片/石墨烯@聚多巴胺。本发明专利技术提供的制备方法简单可靠，所制备的材料结构可控并且具有较好的电化学性能。

【技术实现步骤摘要】
可用于超级电容器的二维镍钴氢氧化物纳米片/石墨烯@聚多巴胺的制备方法
本专利技术属于材料制备
，涉及一种可用于超级电容器的二维镍钴氢氧化物纳米片/石墨烯@聚多巴胺及其制备方法。
技术介绍
由于二次工业革命的完成，长时间的传统化石能源消耗所导致日渐枯竭，能源与环境问题日益突出。因此寻求可替代传统化石能源的新能源成为人们有效解决能源枯竭和环境污染问题的有效策略之一。在众多能量储存与转换器件中，超级电容器具有超高的功率密度与超长的循环寿命使得其具有广泛的应用范围。电极材料作为超级电容器的基本组成，其性能好坏将会直接影响着超级电容器的性能优劣程度。在诸多的电极材料中，镍基和钴基材料得益于其在电化学过程中的多步氧化还原反应的进行，因此在电化学储能与转化领域拥有丰富的应用前景。特别是镍钴双金属氢氧化物中镍钴的协同效应使它在拥有镍提供的高容量的同时弥补了镍的在高荷电状态下的快速晶格崩溃造成倍率性能差的问题，并且低成本、高容量和优异倍率性能的特点使镍钴氢氧化物应用的广泛性远高于其他材料。与此同时，二维结构具有比表面积大离子传输速率快等优点，因此构筑二维镍钴氢氧化物可以显著提升超级电容器性能。然而，就目前的制备方法而言，以价格低廉、结构简单的尿素作为沉淀剂，所制备出的镍钴氢氧化物多为线状结构。如Li等人在镍源和钴源的混合溶液中加入尿素，通过水热法在95℃下反应6h形成镍钴氢氧化物纳米线(Lietal,J.Mater.Chem.A,2014,2,6540–6548)。即使当加入具有形貌导向作用的二维石墨烯时，以尿素作为沉淀剂，也无法诱导镍钴氢氧化物纳米线转化为纳米片，如Chen等人利用氧化石墨烯作为复合载体，通过水热法所制备的镍钴氢氧化物纳米线和氧化石墨烯的复合物(Chenetal,AppliedMaterialsToday,2016,5,260-267)。聚多巴胺(PDA)作为碳源、保护壳、氮源和功能化基团近年来成为被频繁应用在电化学领域的聚合物之一。Chen等人将以尿素作为沉淀剂采用水热法制备出的钴锰氧化物纳米线，通过一步热处理与多巴胺形成了聚多巴胺包覆的钴锰氧化物纳米线。并(Chenetal,Molecules,2020,25,3218)。在这其中PDA仅仅作为保护层对钴锰氧化物进行修饰以及提升电化学性能，并没有改变其整体结构。在此我们开发了一种PDA原位聚合复合法，同时利用石墨烯的结构诱导作用，成功在尿素环境下制备出二维镍钴氢氧化物纳米片/石墨烯@聚多巴胺(NiCo-OH/G@PDA)复合材料，得到了高性能超级电容器负极。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供一种应用于超级电容器的NiCo-OH/G@PDA的制备方法，该制备方法简单可靠，所制备的材料具有良好的电化学性能。为了达到上述技术目的，本专利技术采用的技术方案为：一种可用于超级电容器的二维镍钴氢氧化物纳米片/石墨烯@聚多巴胺的制备方法，具体步骤如下：室温下，将氧化石墨烯GO分散于去离子水中，再将镍源、钴源、盐酸多巴胺和尿素加入含GO的去离子水中混合均匀，转移至圆底烧瓶中，在80-120℃下反应6-24h后取出，洗涤至中性，抽滤，冷冻干燥，即得到NiCo-OH/G@PDA。所述NiCo-OH/G@PDA为二维片状结构，明显区别于单纯以尿素作为沉淀剂且不加盐酸多巴胺所形成的镍钴氢氧化物纳米线。进一步的，所述每100mL去离子水中对应添加10-40mg的GO、500-1000mg尿素。进一步的，所述盐酸多巴胺与GO的质量比为24:1-3:1。所述镍源和钴源的质量比为1:1-3:1，所述镍源和GO的质量比为17.8:1-4.45:1。进一步的，所述镍源可以是硝酸镍、氯化镍；所述钴源可以是硝酸钴、氯化钴。进一步的，所述的GO采用改进的Hummers法制备，，具体为：取天然石墨、P2O5和K2S2O8，按顺序倒入浓硫酸中，其中，每25mL浓硫酸对应加入5g天然石墨、5gP2O5和5gK2S2O8。以80℃水浴加热4.5h，温度降至常温后再用磁力搅拌器搅拌4.5h，冲滤至中性，置于烘箱干燥。将制备的预氧化石墨烯加入200mL浓硫酸中，磁力搅拌30min，产物在冰浴的条件下，分多次向溶液中加入25g高锰酸钾，搅拌2h，将样品升温至35℃，搅拌2h。去离子水稀释样品，再次搅拌2h。再用去离子水稀释样品，并向样品加入适量双氧水，产品静置、离心去除杂质后冲洗至中性。以上述方法制备的上述材料用于制作超级电容器的电极。本专利技术的有益效果是：1)制备流程简单，结构可控；2)多巴胺在以尿素作为沉淀剂的环境下聚合并诱导镍钴氢氧化物纳米线形成二维片状结构，增加电解液与电极材料接触面积，提升参与反应的活性物质的效率；3)PDA作为官能团具有氧化还原性质有效提升电化学性能；4)所形成的二维纳米片缩短离子/电子的传输距离，暴露更多活性位点，提升电化学性能。附图说明图1是实施例1的SEM图。图2是实施例2的SEM图。图3是参比例的SEM图。具体实施方式以下结合附图和技术方案，进一步说明本专利技术的具体实施方式。实施例1将10mg采用改进的Hummers法制备的GO分散于100mL去离子水中，取178mg氯化镍、535mg氯化钴、240mg盐酸多巴胺和500mg尿素加入含GO的去离子水中混合均匀，转移至圆底烧瓶中，在100℃下反应12h，洗涤至中性，抽滤，冷冻干燥，得到NiCo-OH/G@PDA。在6MKOH溶液的三电极测试体系中，1Ag-1的恒电流条件下，比电容为1122Fg-1。图1为实施例1的SEM图，由图显示镍钴氢氧化物纳米片均匀的生长在氧化石墨烯表面。实施例2将40mg采用改进的Hummers法制备的GO分散于100mL去离子水中，取178mg硝酸镍、178mg硝酸钴、120mg盐酸多巴胺和700mg尿素加入含GO的去离子水中混合均匀，转移至圆底烧瓶中，在120℃下反应6h，洗涤至中性，抽滤，冷冻干燥，得到NiCo-OH/G@PDA。在6MKOH溶液的三电极测试体系中，1Ag-1的恒电流条件下，比电容为1241Fg-1。图2为实施例2的SEM图，显示出交错的片状镍钴氢氧化物分布在氧化石墨烯上。实施例3将20mg采用改进的Hummers法制备的GO分散于100mL去离子水中，取178mg氯化镍、356mg氯化钴、150mg盐酸多巴胺和1000mg尿素加入含GO的去离子水中混合均匀，转移至圆底烧瓶中，在80℃下反应8h，洗涤至中性，抽滤，冷冻干燥，得到NiCo-OH/G@PDA。在6MKOH溶液的三电极测试体系中，1Ag-1的恒电流条件下，比电容为941Fg-1。实施例4将30mg采用改进的Hummers法制备的GO分散于100mL去离子水中，取535mg硝酸镍、178mg硝酸钴、200mg盐酸多巴胺和500mg尿素加入含GO的去离子水中混合均匀，转移至圆底烧瓶中，在90℃下反应10h，洗涤至中性，抽滤，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可用于超级电容器的二维镍钴氢氧化物纳米片/石墨烯@聚多巴胺的制备方法，其特征在于，步骤如下：室温下，将氧化石墨烯GO分散于去离子水中，再将镍源、钴源、盐酸多巴胺和尿素加入含GO的去离子水中混合均匀，在80-120℃下反应6-24h，洗涤至中性，抽滤、冷冻干燥后得到二维片状结构的NiCo-OH/G@PDA；/n所述每100mL去离子水中对应添加10-40mg的GO、500-1000mg尿素；所述盐酸多巴胺与GO的质量比为24:1-3:1；所述镍源和钴源的质量比为1:1-3:1，所述镍源和GO的质量比为17.8:1-4.45:1。/n

【技术特征摘要】
1.一种可用于超级电容器的二维镍钴氢氧化物纳米片/石墨烯@聚多巴胺的制备方法，其特征在于，步骤如下：室温下，将氧化石墨烯GO分散于去离子水中，再将镍源、钴源、盐酸多巴胺和尿素加入含GO的去离子水中混合均匀，在80-120℃下反应6-24h，洗涤至中性，抽滤、冷冻干燥后得到二维片状结构的NiCo-OH/G@PDA；
所述每100mL去离子水中对应添加10-40mg的GO、500-1000mg尿素；所述盐酸多巴胺与GO的质量比为24:1-3:1；所述镍源和钴源的质量比为1:1-3:1，所述镍源和GO的质量比为17.8:1-4.45:1。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的镍源包括硝酸镍、氯化镍。


3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的钴源包括硝酸钴、氯化钴。

【专利技术属性】
技术研发人员：张旭，杨仕轩，田雨涵，卢旺，曲宁，雷达，米盼盼，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21