CN104021948A - 纳米纤维状三维氢氧化镍/碳纳米管复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents

纳米纤维状三维氢氧化镍/碳纳米管复合材料及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种纳米纤维状三维氢氧化镍/碳纳米管复合材料的制备方法，包括以下步骤：用浓硫酸和浓硝酸的混合酸处理多壁碳纳米管，获得酸化的碳纳米管；将泡沫镍用酸浸泡，再分别用水和有机溶剂洗涤除去泡沫镍表面的氧化物以及油脂；将处理后的泡沫镍放置在酸化的碳纳米管与氯化镍以及尿素的混合液中进行水热反应，反应完毕后，冷却，取出泡沫镍，洗涤，干燥，即可在泡沫镍基底上得到纳米纤维状三维氢氧化镍/碳纳米管复合材料，该方法操作步骤简单，所得材料具有良好的空间三维结构且氢氧化镍呈纤维状并很好的分散在碳纳米管的周围，相比在相同条件下制得的片状氢氧化镍具有更好的电容特性，可以作为电容器材料应用。

Description

纳米纤维状三维氢氧化镍/碳纳米管复合材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于材料技术领域，涉及一种氢氧化镍/碳纳米管复合材料，及其制备方法和在电容器中的应用。 
背景技术
近年来，随着通讯、电子行业的蓬勃发展，各种家用电器、移动通信设备、便携式电脑的普及，电子设备对二次电池的需求量猛增，使得二次电池在日常生活中占有越来越重要的地位。氢氧化镍的电极及相关材料在燃料电池、电解和电合成装置以及电化学电容器等方面有重要的应用价值，而制备出高容量、高堆积密度和髙活性的氢氧化镍是提高电池和电容性能的关键。纳米氢氧化镍颗粒径度小、比表面积大，作为一种新型的电池材料能使电容在能量密度、高速率充放电性能及快速活化能力等方面得到显著改善，其中，纳米纤维状氢氧化镍具有独特的一维结构，特别是纤维在组装成三维网状结构后，在实际应用中可极大提高各方面的性能指标，更加突显出它的优势。传统工业生产方法多得到片状或球形的氢氧化镍，目前仅见少量文献报道关于纳米纤维状氢氧化镍的合成，但其大多采用先化学沉淀再水热反应的方法，存在步骤繁琐、操作复杂、反应过程中不可控性强等缺点，而且合成原料采用硫酸镍，因硫酸根吸附能力强，合成出的产物还存在杂质多、纯度低等缺点。 
发明内容
有鉴于此，本发明的目的之一在于针对纳米纤维状氢氧化镍现有合成方法存在的不足，同时改进氢氧化镍的导电性，提供一种新的纳米纤维状三维氢氧化镍/碳纳米管复合材料的制备方法，具有制备步骤简单，所得材料导电性良好等优点；目的之二在于提供按照上述方法制得的材料在电容器中的应用。 
经研究，本发明提供如下技术方案： 
1.纳米纤维状三维氢氧化镍/碳纳米管复合材料的制备方法，包括以下步骤： 
A.碳纳米管的预处理：用浓硫酸和浓硝酸的混合酸处理多壁碳纳米管，获得酸化的碳纳米管； 
B.泡沫镍的预处理：将泡沫镍用酸浸泡，再分别用水和有机溶剂洗涤除去泡沫镍表面的氧化物以及油脂； 
C.纳米纤维状三维氢氧化镍/碳纳米管复合材料的制备：将步骤b预处理后的泡沫镍放 置在步骤a预处理后的碳纳米管与氯化镍以及尿素的混合水溶液中进行水热反应，反应完毕后，冷却，取出泡沫镍，洗涤，干燥，即可在泡沫镍基底上得到纳米纤维状三维氢氧化镍/碳纳米管复合材料。 
进一步，所述步骤A是在浓硫酸与浓硝酸按体积比为3:1组成的混合酸中加入多壁碳纳米管，充分混合后，在70℃水浴条件下回流6小时，分离碳纳米管，用水洗涤，80℃真空干燥，获得酸化的碳纳米管。 
进一步，所述步骤B是将泡沫镍裁剪成块状，在1mol/L稀盐酸溶液中浸泡1小时，再分别用水和乙醇洗涤除去泡沫镍表面的氧化物以及油脂，60℃干燥备用。 
进一步，所述步骤C是将步骤b预处理后的泡沫镍放置在含有0.1mg/mL碳纳米管、0.015mol/L氯化镍以及0.0225mol/L尿素的水溶液中，150℃水热条件下反应6小时，反应完毕后，冷却，取出泡沫镍，用水洗涤，60℃干燥，即可在泡沫镍基底上得到纳米纤维状三维氢氧化镍/碳纳米管复合材料。 
2.采用上述方法制得的纳米纤维状三维氢氧化镍/碳纳米管复合材料。 
3.纳米纤维状三维氢氧化镍/碳纳米管复合材料作为电容器材料的应用。 
本发明的有益效果在于：本发明提供了一种纳米纤维状三维氢氧化镍/碳纳米管复合材料的制备方法，操作步骤简单，所得材料具有良好的空间三维结构且氢氧化镍呈纤维状并很好的分散在碳纳米管的周围，三电极电容测试结果显示，该材料相比在相同条件下制得的片状氢氧化镍具有更好的电容特性，可以作为电容器材料应用。 
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明： 
图1为纳米纤维状三维氢氧化镍/碳纳米管复合材料的扫描电镜图(A)和局部放大图(B)以及在泡沫镍上生长的片状氢氧化镍的扫描电镜图(C)和局部放大图(D)。 
图2为纳米纤维状三维氢氧化镍/碳纳米管复合材料在碱性体系中不同扫速条件下的循环伏安曲线，其中插图为氧化还原峰电流与扫速之间的关系。 
图3为纳米纤维状三维氢氧化镍/碳纳米管复合材料在不同充放电电流条件下的放电曲线。 
图4为纳米纤维状三维氢氧化镍/碳纳米管复合材料的电容量与充放电电流之间的关系曲线。 
图5为纳米纤维状三维氢氧化镍/碳纳米管复合材料(Ni(OH)2-CNT-Nickel foam)与片状氢氧化镍(Ni(OH)2-Nickel foam)、泡沫镍(Nickel foam)在相同电解液中、扫速10mV/s 条件下得到的循环伏安曲线比较图。 
图6为纳米纤维状三维氢氧化镍/碳纳米管复合材料(Ni(OH)2-CNT-Nickel foam)与片状氢氧化镍(Ni(OH)2-Nickel foam)、泡沫镍(Nickel foam)在1mA/cm-2充放电电流条件下的充放电曲线比较图。 
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。优选实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，或按照试剂制造厂商所建议的条件进行。 
制备实施例：纳米纤维状三维氢氧化镍/碳纳米管复合材料的制备 
包括以下步骤： 
A.碳纳米管的预处理：向100mL浓硫酸与浓硝酸按体积比为3:1组成的混合酸中加入1g多壁碳纳米管，超声30min使充分混合，再在70℃水浴条件下回流6h，抽滤，碳纳米管用蒸馏水洗涤，80℃真空干燥24h，获得酸化的碳纳米管； 
B.泡沫镍的预处理：将泡沫镍裁剪成3cm×3cm大小，在1mol/L稀盐酸溶液中浸泡1h，再分别用蒸馏水与乙醇洗涤除去泡沫镍表面的氧化物以及油脂，60℃干燥备用； 
C.纳米纤维状三维氢氧化镍/碳纳米管复合材料的制备：在18mL蒸馏水中加入3.6mg经步骤a预处理的碳纳米管，超声分散，所得分散液与18mL含有0.03mol/L NiCl2和0.045mol/L尿素的水溶液充分混合后转移至50mL反应釜中，再将经步骤b预处理的泡沫镍竖放于反应釜中，150℃水热条件下反应6h；反应完毕后，自然冷却，取出泡沫镍，用蒸馏水洗涤，60℃干燥12h，即可在泡沫镍基底上得到纳米纤维状三维氢氧化镍/碳纳米管复合材料。 
所得纳米纤维状三维氢氧化镍/碳纳米管复合材料的扫描电镜图和局部放大图分别如图1A、图1B所示，从图中可以清晰地看出，制得的氢氧化镍/碳纳米管复合材料具有三维结构，同时氢氧化镍呈纤维状且很好的分散在碳纳米管的周围。 
对比制备实施例：片状氢氧化镍的制备 
包括以下步骤： 
A.泡沫镍的预处理：将泡沫镍裁剪成3cm×3cm大小，在1mol/L稀盐酸中静置1h，再分别用蒸馏水与乙醇洗涤除去泡沫镍表面的氧化物以及油脂，60℃干燥备用； 
B.片状氢氧化镍的制备：将18mL蒸馏水与18mL含有0.03mol/L NiCl2和0.045mol/L尿素的水溶液充分混合后转移至50mL反应釜中，再将经步骤a预处理的泡沫镍竖放于反应釜中，150℃水热条件下反应6h；反应完毕后，自然冷却，取出泡沫镍，用蒸馏水洗涤，60℃干燥12h，即可在泡沫镍基底上得到片状氢氧化镍。 
所得片状氢氧化镍的扫描电镜图和局部放大图分别如图1C、图1D所示。可见如果在水热反应体系中不加入碳纳米管，在相同的反应温度和反应时间条件下，将在泡沫镍基底上得到片状的氢氧化镍。 
应用实施例：纳米纤维状三维氢氧化镍/碳纳米管复合材料作为电容器材料的应用 
将制备实施例制得的纳米纤维状三维氢氧化镍/碳纳米管复合材料用于三电极电容测试：以玻片为对电极，饱和甘汞电极为参比电极，电解液为3mol/L氢氧化钠溶液。并与对比制备实施例制得的片状氢氧化镍进行对比。 
图2为纳米纤维状三维氢氧化镍/碳纳米管复合材料在电解液中不同扫速条件下的循环伏安曲线以及氧化还原峰电流与扫速之间的关系图，从图中可以看出，氧化还原峰电流与扫速的平方根有良好的线性关系，说明该材料在电解液中的电化学行为是扩散控制。 
图3为纳米纤维状三维氢氧化镍/碳纳米管复合材料在不同充放电电流条件下的放电曲线。图4为纳米纤维状三维氢氧化镍/碳纳米管复合材料的电容量与充放电电流之间的关系曲线。从图中可以看出，在充电电流为1mA/cm-2(0.9A/g)时，电容达到了2029.54F/g。 
图5为纳米纤维状三维氢氧化镍/碳纳米管复合材料与片状氢氧化镍、泡沫镍在相同电解液中、扫速10mV/s条件下得到的循环伏安曲线比较图。从图中可以看出，纳米纤维状三维氢氧化镍/碳纳米管复合材料具有更大的电容量。 
图6为纳米纤维状三维氢氧化镍/碳纳米管复合材料与片状氢氧化镍、泡沫镍在1mA/cm-2充放电电流条件下的充放电曲线比较图。从图中也可以看出，纳米纤维状三维氢氧化镍/碳纳米管复合材料具有更好的电容特性。 
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。 

Claims (6)

1.纳米纤维状三维氢氧化镍/碳纳米管复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
A.碳纳米管的预处理：用浓硫酸和浓硝酸的混合酸处理多壁碳纳米管，获得酸化的碳纳米管；
B.泡沫镍的预处理：将泡沫镍用酸浸泡，再分别用水和有机溶剂洗涤除去泡沫镍表面的氧化物以及油脂；
C.纳米纤维状三维氢氧化镍/碳纳米管复合材料的制备：将步骤b预处理后的泡沫镍放置在步骤a预处理后的碳纳米管与氯化镍以及尿素的混合水溶液中进行水热反应，反应完毕后，冷却，取出泡沫镍，洗涤，干燥，即可在泡沫镍基底上得到纳米纤维状三维氢氧化镍/碳纳米管复合材料。
2.如权利要求1所述的纳米纤维状三维氢氧化镍/碳纳米管复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤A是在浓硫酸与浓硝酸按体积比为3:1组成的混合酸中加入多壁碳纳米管，充分混合后，在70℃水浴条件下回流6小时，分离碳纳米管，用水洗涤，80℃真空干燥，获得酸化的碳纳米管。
3.如权利要求1所述的纳米纤维状三维氢氧化镍/碳纳米管复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤B是将泡沫镍裁剪成块状，在1mol/L稀盐酸溶液中浸泡1小时，再分别用水和乙醇洗涤除去泡沫镍表面的氧化物以及油脂，60℃干燥备用。
4.如权利要求1所述的纳米纤维状三维氢氧化镍/碳纳米管复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤C是将步骤B预处理后的泡沫镍放置在含有0.1mg/mL碳纳米管、0.015mol/L氯化镍以及0.0225mol/L尿素的水溶液中，150℃水热条件下反应6小时，反应完毕后，冷却，取出泡沫镍，用水洗涤，60℃干燥，即可在泡沫镍基底上得到纳米纤维状三维氢氧化镍/碳纳米管复合材料。
5.采用权利要求1至4任一项所述方法制得的纳米纤维状三维氢氧化镍/碳纳米管复合材料。
6.权利要求5所述的纳米纤维状三维氢氧化镍/碳纳米管复合材料作为电容器材料的应用。
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Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104465120A (zh) * 2014-11-20 2015-03-25 同济大学 一种三明治夹层结构Ni(OH)2/CNTs/Ni(OH)2复合材料的制备方法
CN106206062A (zh) * 2016-08-10 2016-12-07 哈尔滨工业大学 一种利用水热法制备氧化钛纳米管/碳/氧化镍复合材料的方法
CN106841337A (zh) * 2016-12-01 2017-06-13 西北大学 纳米铂/氢氧化镍/多壁碳纳米管纳米复合材料及其应用
CN107586442A (zh) * 2017-08-29 2018-01-16 华南理工大学 一种β‑氢氧化镍‑多壁碳纳米管/不饱和聚酯树脂纳米复合阻燃材料及其制备方法
CN110379640A (zh) * 2019-07-16 2019-10-25 苏州科技大学 多层次结构复合材料及其制备方法和应用
CN111640585A (zh) * 2020-06-05 2020-09-08 扬州大学 应用于超级电容器的N-CNT@Co3O4/C@Ni(OH)2复合材料及其制备方法
CN113120978A (zh) * 2021-04-19 2021-07-16 贵州源驰新能源科技有限公司 一种Ni(OH)2及其制备方法
CN114551814A (zh) * 2022-02-23 2022-05-27 鲁东大学 一种泡沫镍原位生长硫化镍电极材料的沙浴回流制备方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102234135B (zh) * 2010-04-23 2013-04-17 北京林业大学 一种纤维状氢氧化镍材料的制备方法
CN102154695B (zh) * 2011-02-25 2013-05-01 北京化工大学 一种氧化镍纳米棒阵列材料、制备方法及其应用

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104465120A (zh) * 2014-11-20 2015-03-25 同济大学 一种三明治夹层结构Ni(OH)2/CNTs/Ni(OH)2复合材料的制备方法
CN106206062A (zh) * 2016-08-10 2016-12-07 哈尔滨工业大学 一种利用水热法制备氧化钛纳米管/碳/氧化镍复合材料的方法
CN106206062B (zh) * 2016-08-10 2018-10-02 哈尔滨工业大学 一种利用水热法制备氧化钛纳米管/碳/氧化镍复合材料的方法
CN106841337A (zh) * 2016-12-01 2017-06-13 西北大学 纳米铂/氢氧化镍/多壁碳纳米管纳米复合材料及其应用
CN107586442A (zh) * 2017-08-29 2018-01-16 华南理工大学 一种β‑氢氧化镍‑多壁碳纳米管/不饱和聚酯树脂纳米复合阻燃材料及其制备方法
CN107586442B (zh) * 2017-08-29 2020-05-22 华南理工大学 一种β-氢氧化镍-多壁碳纳米管/不饱和聚酯树脂纳米复合阻燃材料及其制备方法
CN110379640A (zh) * 2019-07-16 2019-10-25 苏州科技大学 多层次结构复合材料及其制备方法和应用
CN111640585A (zh) * 2020-06-05 2020-09-08 扬州大学 应用于超级电容器的N-CNT@Co3O4/C@Ni(OH)2复合材料及其制备方法
CN113120978A (zh) * 2021-04-19 2021-07-16 贵州源驰新能源科技有限公司 一种Ni(OH)2及其制备方法
CN114551814A (zh) * 2022-02-23 2022-05-27 鲁东大学 一种泡沫镍原位生长硫化镍电极材料的沙浴回流制备方法

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