CN105958058A - 一种制备自组装碳包覆氧化镍中空微球方法 - Google Patents
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Abstract
一种制备自组装碳包覆氧化镍中空微球方法，一种制备自组装碳包覆氧化镍中空微球方法，将NiO粉体与葡萄糖按5:1～10:1的摩尔比称量，配制成水溶液，在180～220℃下进行微波水热反应1～2h，经过抽滤、干燥后，得到自组装碳包覆氧化镍中空微球。制备过程中无需加入额外的活性剂，最终得到的中空微球，表面由片状结构组成，表面孔隙结构丰富，有利于离子传输且中空结构增大了比表面积，包覆的碳层增强导电性。本发明提供的自组装碳包覆氧化镍中空微球材料制备方法操作过程简单，制备周期短，原料易得，成本低，相关产物具有导电性好且比表面积高的特点，可以在锂离子电池和超级电容器中应用。
Description
技术领域
本发明属于无机材料制备技术领域，涉及一种制备自组装碳包覆氧化镍中空微球方法。
背景技术
氧化镍(NiO)作为锂离子电池负极材料明显具有以下方面的优点：(1)具有高的理论容量(718mA/g)；(2)具有良好的高倍率放电性；(3)成本低，含量丰富且对环境友好。基于上述优点，NiO作为负极材料，已经被广泛研究。因此，高比表面积氧化镍微球的开发已引起了研究者的重视,相关的研究日益增多。
近年来，随着纳米科技的飞速发展，不同形貌的纳米NiO被人们用多种方法制得，表现出很多独特的物理化学性能，开辟了高比面积NiO的一个新领域。纳米NiO不仅可以大幅度提高其比表面积，而起更具有某些卓越甚至不可替代的性能，尤其是纳米微球结构的NiO以其其独特的性质，如单分散、稳定性、可调控性、自组装成为近年来材料科学前沿的一个日益重要的研究领域。但是纯的氧化镍直接作为负极材料，并不能实现理想的性能，低的导电性和结构的不稳定性都限制了其发展应用。
Gang Zhou等在Selective Carbon Coating Techniques for ImprovingElectrochemicalProperties of NiO Nanosheets[Electrochimica.Acta.,Commun.，2014,133,93-99]中以Ni(NO3)26H2O和油酸作为镍源和碳源。先合成前驱体β-Ni(OH)2，对其包裹油酸涂层后，在300℃煅烧3小时。然而该方法制备出的碳包覆NiO的缺点是制备出的氧化镍为纳米片状，比表面积比较小，而且需要在氩气条件下煅烧。
中国发明专利201210048608.2报道了一种大比表面积多孔氧化镍微球的制备方法。该方法是以硝酸镍、尿素为原料，以十六烷基三甲基溴化铵为表面活性剂，以无水乙醇、去离子水为洗涤剂，经原料精选、配制合成混合液、反应釜内加热制取碳酸氢镍，后经洗涤、抽滤、真空干燥、焙烧，制成大比表面积多孔氧化镍微球，但是该方法得到的氧化镍微球需要加入十六烷基三甲基溴化铵作为活性剂，导电性低且工艺复杂。
发明内容
本发明为克服现有技术中的问题，目的在于提供一种制备自组装碳包覆氧化镍中空微球方法，该方法工艺简单，并且不需要加入活性剂，成本低，制得的微球的导电性好。
为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：
一种制备自组装碳包覆氧化镍中空微球方法，将NiO粉体与葡萄糖按5:1～10:1的摩尔比称量，配制成水溶液，在180～220℃下进行微波水热反应1～2h，经过抽滤、干燥后，得到自组装碳包覆氧化镍中空微球。
本发明进一步的改进在于，所述水溶液中NiO粉体与葡萄糖总的浓度为0.2～0.5mol/L。
本发明进一步的改进在于，所述微波水热反应是在微波水热仪中进行的。
本发明进一步的改进在于，所述NiO粉体通过以下方法制备：
1)将尿素和Ni(NO3)2·6H2O按照1:1～5:1的摩尔比称量，配制成水溶液，在180℃～220℃下微波水热反应30～50min后，再通过抽滤、干燥，得到Ni(OH)2粉体；
2)将Ni(OH)2粉体煅烧后，得到NiO粉体。
本发明进一步的改进在于，所述步骤1)中水溶液尿素和Ni(NO3)2·6H2O的总浓度为0.2～0.5mol/L。
本发明进一步的改进在于，所述步骤2)中煅烧的温度为300～500℃，煅烧时间为3～5h。
本发明进一步的改进在于，该微球的直径为4-6μm，比表面积为20-30m2/g。
与现有技术相比，本发明具有以下的有益效果：本发明将氧化镍和葡萄糖按一定的比例混合，经过微波水热反应后，即可得到高比表面积的自组装碳包覆氧化镍中空微球。制备过程中无需加入额外的活性剂，最终得到的中空微球，表面由片状结构组成，表面孔隙结构丰富，有利于离子传输且中空结构增大了比表面积，包覆的碳层增强导电性。本发明制备的微球的直径为4-6μm，比表面积为20-30m2/g。本发明提供的自组装碳包覆氧化镍中空微球材料制备方法操作过程简单，制备周期短，原料易得，成本低，产物具有导电性好且比表面积高的特点，可以在锂离子电池和超级电容器中应用。
进一步的，本发明利用葡萄糖作为碳源，硝酸镍(Ni(NO3)2·6H2O)作为镍源，采用简单的微波水热制备出前驱粉体，再将得到的前驱粉体煅烧后得到氧化镍，方法简便。
附图说明
图1是本发明制备的自组装碳包覆氧化镍微球的XRD图谱。
图2是本发明制备的自组装碳包覆氧化镍微球扫描电(SEM)照片。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明进行详细描述。
实施例1
步骤1：将尿素和Ni(NO3)2·6H2O按照摩尔比为1:1的配比称量，配制成尿素和Ni(NO3)2·6H2O总浓度为0.2mol/L的水溶液，加入反应釜中，置入微波水热仪中，180℃下反应30分钟，再通过抽滤干燥，得到Ni(OH)2粉体。
步骤2：将Ni(OH)2粉体在300℃下煅烧3小时，得到NiO粉体。
步骤3：将所制备的NiO与葡萄糖按照摩尔比为5:1的配比称量，配制成NiO粉体与葡萄糖总的浓度为0.2mol/L的水溶液，在微波水热仪中于180℃下微波水热反应2h，经过抽滤干燥后，即可得到高比表面积的自组装碳包覆氧化镍中空微球。
本实施例所得的碳包覆氧化镍微球直径在4μm左右，比表面积约为20m2/g。
实施例2
步骤1：将尿素和Ni(NO3)2·6H2O按照摩尔比为2:1的配比称量，配制成尿素和Ni(NO3)2·6H2O总浓度为0.5mol/L的水溶液，加入反应釜中，置入微波水热仪中，190℃下反应35分钟，再通过抽滤干燥，得到Ni(OH)2粉体。
步骤2：将Ni(OH)2粉体在350℃下煅烧3.5小时，得到NiO粉体。
步骤3：将所制备的NiO与葡萄糖按照摩尔比为6:1的配比称量，配制成NiO粉体与葡萄糖总的浓度为0.5mol/L的水溶液，在微波水热仪中于220℃下微波水热反应1h，经过抽滤干燥后，即可得到高比表面积的自组装碳包覆氧化镍中空微球。
本实施例所得的碳包覆氧化镍微球直径在5μm左右，比表面积约为25m2/g。
实施例3
步骤1：将尿素和Ni(NO3)2·6H2O按照摩尔比为3:1的配比称量，配制成尿素和Ni(NO3)2·6H2O总浓度为0.2mol/L的水溶液，加入反应釜中，置入微波水热仪中，200℃下反应40分钟，再通过抽滤干燥，得到Ni(OH)2粉体。
步骤2：将Ni(OH)2粉体在400℃下煅烧4小时，得到NiO粉体。
步骤3：将所制备的NiO与葡萄糖按照摩尔比为8:1的配比称量，配制成NiO粉体与葡萄糖总的浓度为0.2mol/L的水溶液，在微波水热仪中于190℃下微波水热反应1.5h，经过抽滤干燥后，即可得到高比表面积的自组装碳包覆氧化镍中空微球。
本实施例所得的碳包覆氧化镍微球直径在6μm左右，比表面积约为30m2/g。
下面，请参阅图1和图2所示，其是由本发明实施例3方法制备的自组装碳包覆氧化镍微球的XRD图谱和SEM照片。
参照图1所示：其是由本发明方法实施例3所制备的碳包覆氧化镍微球的XRD图谱。由图1可以看出：本发明制备的碳包覆氧化镍微球含有C和NiO衍射峰。
参照图2所示：其是由本发明方法实施例3所制备的碳包覆氧化镍微球的SEM照片。由图2可以看出：本发明制备的碳包覆氧化镍微球的表面粗糙，是由许多薄的纳米碎片自组装形成，有许多空隙而且是中空结构，为氧化镍微球的高比表面积提供了有利条件，包覆的碳层又增加了导电性能。
实施例4
步骤1：将尿素和Ni(NO3)2·6H2O按照摩尔比为4:1的配比称量，配制成尿素和Ni(NO3)2·6H2O总浓度为0.3mol/L的水溶液，加入反应釜中，置入微波水热仪中，210℃下反应45分钟，再通过抽滤干燥，得到Ni(OH)2粉体。
步骤2：将Ni(OH)2粉体在450℃下煅烧4.5小时，得到NiO粉体。
步骤3：将所制备的NiO与葡萄糖按照摩尔比为9:1的配比称量，配制成NiO粉体与葡萄糖总的浓度为0.3mol/L的水溶液，在微波水热仪中于200℃下微波水热反1h应，经过抽滤干燥后，即可得到高比表面积的自组装碳包覆氧化镍中空微球。
本实施例所得的碳包覆氧化镍微球直径在5μm左右，比表面积约为30m2/g。
实施例5
步骤1：将尿素和Ni(NO3)2·6H2O按照摩尔比为5:1的配比称量，配制成尿素和Ni(NO3)2·6H2O总浓度为0.4mol/L的水溶液，加入反应釜中，置入微波水热仪中，220℃下反应50分钟，再通过抽滤干燥，得到Ni(OH)2粉体。
步骤2：将Ni(OH)2粉体在500℃下煅烧5小时，得到NiO粉体。
步骤3：将所制备的NiO与葡萄糖按照摩尔比为10:1的配比称量，配制成NiO粉体与葡萄糖总的浓度为0.4mol/L的水溶液，在微波水热仪中于210℃下微波水热反应1h，经过抽滤干燥后，即可得到高比表面积的自组装碳包覆氧化镍中空微球。
本实施例所得的碳包覆氧化镍微球直径在6μm左右，比表面积约为30m2/g。
从上述内容可以看出，本发明制备的微球的直径为4-6μm，比表面积为20-30m2/g。
本发明制备自组装碳包覆氧化镍中空微球的方法至少具有以下优点：制备过程中无需加入额外的活性剂，最终得到的中空微球，表面由片状结构组成，表面孔隙结构丰富，有利于离子传输且中空结构增大了比表面积，包覆的碳层增强导电性。本发明提供的自组装碳包覆氧化镍中空微球材料制备方法操作过程简单，制备周期短，原料易得，成本低，相关产物具有导电性好且比表面积高的特点，可以在锂离子电池和超级电容器中应用。
Claims (7)
1.一种制备自组装碳包覆氧化镍中空微球方法，其特征在于，将NiO粉体与葡萄糖按5:1～10:1的摩尔比称量，配制成水溶液，在180～220℃下进行微波水热反应1～2h，经过抽滤、干燥后，得到自组装碳包覆氧化镍中空微球。
2.根据权利要求1所述的一种制备自组装碳包覆氧化镍中空微球方法，其特征在于，所述水溶液中NiO粉体与葡萄糖总的浓度为0.2～0.5mol/L。
3.根据权利要求1所述的一种制备自组装碳包覆氧化镍中空微球方法，其特征在于，所述微波水热反应是在微波水热仪中进行的。
4.根据权利要求1所述的一种制备自组装碳包覆氧化镍中空微球方法，其特征在于，所述NiO粉体通过以下方法制备：
1)将尿素和Ni(NO3)2·6H2O按照1:1～5:1的摩尔比称量，配制成水溶液，在180℃～220℃下微波水热反应30～50min后，再通过抽滤、干燥，得到Ni(OH)2粉体；
2)将Ni(OH)2粉体煅烧后，得到NiO粉体。
5.根据权利要求4所述的一种制备自组装碳包覆氧化镍中空微球方法，其特征在于，所述步骤1)中水溶液尿素和Ni(NO3)2·6H2O的总浓度为0.2～0.5mol/L。
6.根据权利要求4所述的一种制备自组装碳包覆氧化镍中空微球方法，其特征在于，所述步骤2)中煅烧的温度为300～500℃，煅烧时间为3～5h。
7.根据权利要求1所述的一种制备自组装碳包覆氧化镍中空微球方法，其特征在于，该微球的直径为4-6μm，比表面积为20-30m2/g。
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| CN201610424623.0A CN105958058B (zh) | 2016-06-14 | 2016-06-14 | 一种制备自组装碳包覆氧化镍中空微球方法 |
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|---|---|---|---|---|
| CN106711419A (zh) * | 2017-01-05 | 2017-05-24 | 山东理工大学 | 核‑壳状的NiO/C多孔复合锂离子电池负极材料 |
| CN108493426A (zh) * | 2018-04-13 | 2018-09-04 | 西北大学 | 一种碳包覆磷化镍复合材料纳米颗粒的制备方法及其在制备钠离子电池中的应用 |
Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
| CN101699639A (zh) * | 2009-07-01 | 2010-04-28 | 北京高盟化工有限公司 | 碳包覆纳米磷酸铁锂复合正极材料的制备方法 |
| CN103219169A (zh) * | 2013-03-29 | 2013-07-24 | 东华大学 | 一种超级电容器电极材料碳包覆氧化镍NiO/C的制备方法 |
| CN104393274A (zh) * | 2014-11-27 | 2015-03-04 | 陕西科技大学 | 一种中空球型LiTiO2材料及其制备方法 |
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2016
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Patent Citations (3)
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