CN105417590A - 一种合成钴酸镍尖晶石的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种合成钴酸镍尖晶石的方法，步骤如下：(1)将硝酸镍、硝酸钴和尿素加入到去离子水中，常温下搅拌，使溶液混合均匀，得溶液A；(2)在溶液A中加入三乙醇胺油酸皂，超声使之混合均匀，得溶液B；(3)将溶液B转移至反应釜中进行恒温溶剂热反应，洗涤，烘干，得到前驱体；(4)将前驱体在空气中经350-400℃恒温热处理后，得到钴酸镍尖晶石。本发明以去离子水作为溶剂，以硝酸镍和硝酸钴为反应原料，以三乙醇胺油酸皂为表面活性剂，通过溶剂热法制备得到前驱体后，进而制备得到一种比表面积大(69m2/g)的钴酸镍尖晶石，比容量高达1910F/g，制备方法简单、产品成本低、适合大规模生产。

Description

一种合成钴酸镍尖晶石的方法
技术领域
本发明属于纳米材料技术领域，具体涉及一种合成钴酸镍尖晶石的方法。
背景技术
钴酸镍(NiCo2O4)是一种尖晶石相结构的AB2O4型复合氧化物，其在晶体结构中，镍离子占据八面体位置，钴离子既占有八面体位置又占据四面体位置。相比于单一的氧化镍和四氧化三钴，钴酸镍本身具有较好的导电性。除此之外，钴酸镍具有较高的电化学性能，生产成本低，原料充足和环境友好等优点，吸引了研究学者的普遍关注，在德国的《德国应用化学》杂志(2015年，54卷1868页)有过报道。目前，已有文献报道制备钴酸镍的方法有：高温固相法、溶胶-凝胶法、机械化学合成法、液相化学沉淀法等，但此类方法制备的钴酸镍颗粒分布不均匀，分散性不好，产量低，并且制作方法较为繁琐复杂。目前，制备使用比较普遍的方法是水(溶剂)热法，因其具有工艺简单易行、能量消耗相对较小、且产物易于控制、反应时间较短等优点。
发明内容
本发明提供了一种合成钴酸镍尖晶石的方法，应用该方法制备得到的钴酸镍纳米材料比表面积大，为69m2/g，比容量高达1910F/g。
本发明提供一种合成钴酸镍尖晶石的方法，步骤如下：
(1)将Ni(NO3)2·6H2O、Co(NO3)2·6H2O和尿素加入到去离子水中，常温下搅拌，使溶液混合均匀，得溶液A；
(2)在溶液A中加入三乙醇胺油酸皂，超声使之混合均匀，得溶液B；
(3)将溶液B转移至反应釜中，在100-130℃下恒温反应16-24小时，搅拌速度为150-180r/min，洗涤，烘干，得到前驱体；
(4)将前驱体在空气中经350-400℃恒温热处理后，得到钴酸镍尖晶石。
作为优选，步骤(1)中所述Ni(NO3)2·6H2O、Co(NO3)2·6H2O和尿素的摩尔比为1:2:(10-15)，镍离子在所述溶液A中的摩尔浓度为0.3mol/L。
作为优选，所述三乙醇胺油酸皂的加入量为步骤(1)中去离子水体积的1/8-1/5。
作为优选，步骤(2)中所述洗涤是用去离子水和无水乙醇分别洗涤3次。
作为优选，步骤(3)中所述搅拌为磁子搅拌。
本发明还提供应用上述任一所述的方法制备得到的钴酸镍尖晶石。
本发明还提供上述钴酸镍尖晶石在制备超级电容器电极中的应用。
本发明以去离子水作为溶剂，以Ni(NO3)2·6H2O和Co(NO3)2·6H2O为反应原料，以三乙醇胺油酸皂为表面活性剂，通过溶剂热法制备得到前驱体后，进而制备得到一种比表面积大(69m2/g)的钴酸镍纳米材料，对其进行X-射线衍射，发现该钴酸镍纳米材料为尖晶石相结构，比容量高达1910F/g，制备方法简单、产品成本低、适合大规模生产。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为实施例1中制备的钴酸镍尖晶石的X-射线衍射图，其中：横坐标是衍射角度(2θ)，纵坐标是相对衍射强度。
具体实施方式
以下的实施例仅为本发明的较优实施例，不应理解为对本发明的限定。下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。实验中所用原料：Ni(NO3)2·6H2O和Co(NO3)2·6H2O均为分析纯。
实施例1
本发明的一种合成钴酸镍尖晶石的方法步骤如下：
(1)将8.7gNi(NO3)2·6H2O(含镍离子0.03mol)、17.5gCo(NO3)2·6H2O(含钴离子0.06mol)和27.0g尿素加入到100ml去离子水中，常温下搅拌，使溶液混合均匀，得溶液A；
(2)在溶液A中加入12.5ml三乙醇胺油酸皂，超声使之混合均匀，得溶液B；
(3)将溶液B转移至反应釜中，在110℃下恒温反应20小时，搅拌速度为165r/min，上述搅拌是用磁子搅拌，用去离子水和无水乙醇分别洗涤3次，在62℃下恒温干燥，得到前驱体；
(4)将前驱体在空气中经370℃恒温热处理2h(升温速率1℃/min)后，得到钴酸镍尖晶石。
将上述制备的钴酸镍尖晶石进行充放电实验，电流密度为2A/g时，比容量值达到了比较高的值1910F/g，电流密度为0.5A/g时，比容量值为1450F/g；经过3000次充放电测试之后比容量仍保持在92％以上。
实施例2
本发明的一种合成钴酸镍尖晶石的方法步骤如下：
(1)将8.7gNi(NO3)2·6H2O(含镍离子0.03mol)、17.5gCo(NO3)2·6H2O(含钴离子0.06mol)和18.0g尿素加入到100ml去离子水中，常温下搅拌，使溶液混合均匀，得溶液A；
(2)在溶液A中加入16ml三乙醇胺油酸皂，超声使之混合均匀，得溶液B；
(3)将溶液B转移至反应釜中，在100℃下恒温反应24小时，搅拌速度为180r/min，上述搅拌是用磁子搅拌，用去离子水和无水乙醇分别洗涤3次，在60℃下恒温干燥，得到前驱体；
(4)将前驱体在空气中经380℃恒温热处理3h(升温速率2℃/min)后，得到钴酸镍尖晶石。
将上述制备的钴酸镍尖晶石进行充放电实验，电流密度为2A/g时，比容量值达到了比较高的值1900F/g，电流密度为0.5A/g时，比容量值为1470F/g；经过3000次充放电测试之后比容量仍保持在90％以上。
实施例3
本发明的一种合成钴酸镍尖晶石的方法步骤如下：
(1)将8.7gNi(NO3)2·6H2O(含镍离子0.03mol)、17.5gCo(NO3)2·6H2O(含钴离子0.06mol)和22.0g尿素加入到100ml去离子水中，常温下搅拌，使溶液混合均匀，得溶液A；
(2)在溶液A中加入20ml三乙醇胺油酸皂，超声使之混合均匀，得溶液B；
(3)将溶液B转移至反应釜中，在130℃下恒温反应16小时，搅拌速度为150r/min，上述搅拌是用磁子搅拌，用去离子水和无水乙醇分别洗涤3次，在65℃下恒温干燥，得到前驱体；
(4)将前驱体在空气中经400℃恒温热处理2h(升温速率1℃/min)后，得到钴酸镍尖晶石。
将上述制备的钴酸镍尖晶石进行充放电实验，电流密度为2A/g时，比容量值达到了比较高的值1870F/g，电流密度为0.5A/g时，比容量值为1420F/g；经过3000次充放电测试之后比容量仍保持在91％以上。
实施例4
本发明的一种合成钴酸镍尖晶石的方法步骤如下：
(1)将8.7gNi(NO3)2·6H2O(含镍离子0.03mol)、17.5gCo(NO3)2·6H2O(含钴离子0.06mol)和25.0g尿素加入到100ml去离子水中，常温下搅拌，使溶液混合均匀，得溶液A；
(2)在溶液A中加入14ml三乙醇胺油酸皂，超声使之混合均匀，得溶液B；
(3)将溶液B转移至反应釜中，在110℃下恒温反应20小时，搅拌速度为170r/min，上述搅拌是用磁子搅拌，用去离子水和无水乙醇分别洗涤3次，在63℃下恒温干燥，得到前驱体；
(4)将前驱体在空气中经390℃恒温热处理3h(升温速率2℃/min)后，得到钴酸镍尖晶石。
将上述制备的钴酸镍尖晶石进行充放电实验，电流密度为2A/g时，比容量值达到了比较高的值1860F/g，电流密度为0.5A/g时，比容量值为1410F/g；经过3000次充放电测试之后比容量仍保持在90％以上。
实施例5
本发明的一种合成钴酸镍尖晶石的方法步骤如下：
(1)将8.7gNi(NO3)2·6H2O(含镍离子0.03mol)、17.5gCo(NO3)2·6H2O(含钴离子0.06mol)和21.0g尿素加入到100ml去离子水中，常温下搅拌，使溶液混合均匀，得溶液A；
(2)在溶液A中加入15ml三乙醇胺油酸皂，超声使之混合均匀，得溶液B；
(3)将溶液B转移至反应釜中，在120℃下恒温反应22小时，搅拌速度为180r/min，上述搅拌是用磁子搅拌，用去离子水和无水乙醇分别洗涤3次，在65℃下恒温干燥，得到前驱体；
(4)将前驱体在空气中经350℃恒温热处理3h(升温速率1℃/min)后，得到钴酸镍尖晶石。
将上述制备的钴酸镍尖晶石进行充放电实验，电流密度为2A/g时，比容量值达到了比较高的值1850F/g，电流密度为0.5A/g时，比容量值为1410F/g；经过3000次充放电测试之后比容量仍保持在90％以上。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种合成钴酸镍尖晶石的方法，其特征在于：步骤如下：
(1)将Ni(NO3)2·6H2O、Co(NO3)2·6H2O和尿素加入到去离子水中，常温下搅拌，使溶液混合均匀，得溶液A；
(2)在溶液A中加入三乙醇胺油酸皂，超声使之混合均匀，得溶液B；
(3)将溶液B转移至反应釜中，在100-130℃下恒温反应16-24小时，搅拌速度为150-180r/min，洗涤，烘干，得到前驱体；
(4)将前驱体在空气中经350-400℃恒温热处理后，得到钴酸镍尖晶石。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(1)中所述Ni(NO3)2·6H2O、Co(NO3)2·6H2O和尿素的摩尔比为1:2:(10-15)，镍离子在所述溶液A中的摩尔浓度为0.3mol/L。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述三乙醇胺油酸皂的加入量为步骤(1)中去离子水体积的1/8-1/5。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(2)中所述洗涤是用去离子水和无水乙醇分别洗涤3次。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(3)中所述搅拌为磁子搅拌。
6.应用权利要求1-5任一所述的方法制备得到的钴酸镍尖晶石。
7.权利要求6所述的钴酸镍尖晶石在制备超级电容器电极中的应用。
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