CN107128981A - Ni‑M‑O‑H纳米晶及其可控式合成方法和在制备超级电容器中的应用 - Google Patents
Ni‑M‑O‑H纳米晶及其可控式合成方法和在制备超级电容器中的应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107128981A CN107128981A CN201710436411.9A CN201710436411A CN107128981A CN 107128981 A CN107128981 A CN 107128981A CN 201710436411 A CN201710436411 A CN 201710436411A CN 107128981 A CN107128981 A CN 107128981A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- nanocrystalline
- synthetic method
- controllable type
- type synthetic
- addition
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000010189 synthetic method Methods 0.000 title claims abstract description 16
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 229910052769 Ytterbium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 10
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 8
- WRIDQFICGBMAFQ-UHFFFAOYSA-N (E)-8-Octadecenoic acid Natural products CCCCCCCCCC=CCCCCCCC(O)=O WRIDQFICGBMAFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 30
- LQJBNNIYVWPHFW-UHFFFAOYSA-N 20:1omega9c fatty acid Natural products CCCCCCCCCCC=CCCCCCCCC(O)=O LQJBNNIYVWPHFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 30
- QSBYPNXLFMSGKH-UHFFFAOYSA-N 9-Heptadecensaeure Natural products CCCCCCCC=CCCCCCCCC(O)=O QSBYPNXLFMSGKH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 30
- ZQPPMHVWECSIRJ-UHFFFAOYSA-N Oleic acid Natural products CCCCCCCCC=CCCCCCCCC(O)=O ZQPPMHVWECSIRJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 30
- 239000005642 Oleic acid Substances 0.000 claims description 30
- QXJSBBXBKPUZAA-UHFFFAOYSA-N isooleic acid Natural products CCCCCCCC=CCCCCCCCCC(O)=O QXJSBBXBKPUZAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 30
- ZQPPMHVWECSIRJ-KTKRTIGZSA-N oleic acid Chemical compound CCCCCCCC\C=C/CCCCCCCC(O)=O ZQPPMHVWECSIRJ-KTKRTIGZSA-N 0.000 claims description 30
- JRBPAEWTRLWTQC-UHFFFAOYSA-N dodecylamine Chemical compound CCCCCCCCCCCCN JRBPAEWTRLWTQC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 229910002651 NO3 Inorganic materials 0.000 claims description 8
- NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N Nitrate Chemical compound [O-][N+]([O-])=O NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 claims description 7
- -1 hydrates salt Chemical class 0.000 claims description 6
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910000667 (NH4)2Ce(NO3)6 Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 3
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 claims description 3
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 3
- UWHZIFQPPBDJPM-FPLPWBNLSA-M Vaccenic acid Natural products CCCCCC\C=C/CCCCCCCCCC([O-])=O UWHZIFQPPBDJPM-FPLPWBNLSA-M 0.000 claims description 2
- 235000021322 Vaccenic acid Nutrition 0.000 claims description 2
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims description 2
- 238000010792 warming Methods 0.000 claims description 2
- 150000001412 amines Chemical class 0.000 claims 1
- BFKJFAAPBSQJPD-UHFFFAOYSA-N tetrafluoroethene Chemical compound FC(F)=C(F)F BFKJFAAPBSQJPD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- UWHZIFQPPBDJPM-BQYQJAHWSA-N trans-vaccenic acid Chemical compound CCCCCC\C=C\CCCCCCCCCC(O)=O UWHZIFQPPBDJPM-BQYQJAHWSA-N 0.000 claims 1
- 238000010923 batch production Methods 0.000 abstract description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 40
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 15
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 15
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 14
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 12
- 125000001495 ethyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([H])* 0.000 description 9
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 9
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 9
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 9
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 9
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 7
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000013019 agitation Methods 0.000 description 6
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 6
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 6
- 238000002484 cyclic voltammetry Methods 0.000 description 6
- 238000000840 electrochemical analysis Methods 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000004044 response Effects 0.000 description 6
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 description 6
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 5
- BFDHFSHZJLFAMC-UHFFFAOYSA-L nickel(ii) hydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[Ni+2] BFDHFSHZJLFAMC-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 5
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 229910021607 Silver chloride Inorganic materials 0.000 description 3
- HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N alpha-acetylene Natural products C#C HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 3
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000005518 electrochemistry Effects 0.000 description 3
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 3
- 239000000839 emulsion Substances 0.000 description 3
- 235000019441 ethanol Nutrition 0.000 description 3
- 125000002534 ethynyl group Chemical group [H]C#C* 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 239000004570 mortar (masonry) Substances 0.000 description 3
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000011160 research Methods 0.000 description 3
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 3
- SDLBJIZEEMKQKY-UHFFFAOYSA-M silver chlorate Chemical compound [Ag+].[O-]Cl(=O)=O SDLBJIZEEMKQKY-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- HKZLPVFGJNLROG-UHFFFAOYSA-M silver monochloride Chemical compound [Cl-].[Ag+] HKZLPVFGJNLROG-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 3
- 229910018062 Ni-M Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000004502 linear sweep voltammetry Methods 0.000 description 2
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 description 2
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 2
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 1
- UWHZIFQPPBDJPM-FPLPWBNLSA-N cis-vaccenic acid Chemical compound CCCCCC\C=C/CCCCCCCCCC(O)=O UWHZIFQPPBDJPM-FPLPWBNLSA-N 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 1
- 150000004679 hydroxides Chemical class 0.000 description 1
- 238000010348 incorporation Methods 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000036632 reaction speed Effects 0.000 description 1
- 238000011946 reduction process Methods 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000004832 voltammetry Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
- C01G53/00—Compounds of nickel
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/22—Electrodes
- H01G11/24—Electrodes characterised by structural features of the materials making up or comprised in the electrodes, e.g. form, surface area or porosity; characterised by the structural features of powders or particles used therefor
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/22—Electrodes
- H01G11/30—Electrodes characterised by their material
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/01—Particle morphology depicted by an image
- C01P2004/03—Particle morphology depicted by an image obtained by SEM
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/01—Particle morphology depicted by an image
- C01P2004/04—Particle morphology depicted by an image obtained by TEM, STEM, STM or AFM
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/60—Particles characterised by their size
- C01P2004/62—Submicrometer sized, i.e. from 0.1-1 micrometer
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/60—Particles characterised by their size
- C01P2004/64—Nanometer sized, i.e. from 1-100 nanometer
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/13—Energy storage using capacitors
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
Abstract
本发明公开了一种Ni‑M‑O‑H纳米晶及其可控式合成方法和在制备超级电容器中的应用，属于纳米领域。我们通过控制反应体系中OA的用量来控制超薄层状Ni‑M‑O‑H(M=Ce,Y,Yb)纳米晶的形貌及厚度。通过这一可控地合成方法我们获得了一种超薄层状Ni‑M‑O‑H(M=Ce,Y,Yb)纳米晶，其具有优异的超级电容器性能，在制备超级电容器中具有重要意义。同时由于该合成方法具有工艺简单，反应温度低，时间短，适合于批量生产的工业化特点。
Description
技术领域
本发明公开了一种Ni-M-O-H纳米晶及其可控式合成方法和在制备超级电容器中的应用，属于纳米领域。
背景技术
传统能源资源日益减少，已经不能满足国民经济发展的需要。而中国的新能源资源比较丰富，在这种现实的大背景下，可再生能源和绿色能源的开发近来吸引了广泛的研究兴趣。在寻找清洁、高效和可再生能源的同时，也积极关注能量存储。其中超级电容器作为一种清洁高效的储能装置引起的科学界的广泛关注，进一步拓宽了能源领域的研究范围。文献研究表明，氢氧化镍是研究得较多的过渡金属氢氧化物，氢氧化镍作为电容器的活性物质时利用氢氧化镍氧化与还原过程中可逆性好、反应速度快的特点。但掺杂稀土使之形成Ni-M层状双氢氧化合物的报道很少，能够可控合成超薄层状Ni-M-O-H(M=Ce,Y,Yb)的报道几乎没有。因此，研发高效的具有特殊结构的Ni基纳米晶合成方法是目前研究的热点，特别是可用于超级电容器电极材料具有重要意义和巨大挑战。
发明内容
本发明的目的之一是开发一种新型、高效的超级电容器电极。
为了实现这一目的，我们公开了一种超薄层状Ni-M-O-H纳米晶，这里的Ni-M-O-H中的M是指Ce、Y、Yb三种稀土金属，同时还需要说明的是这里的Ni-M-O-H是指Ni-M双氢氧化合物纳米晶。
值得强调的是我们这里所述的超薄是指厚度约为10-20 nm。且本发明获得的纳米晶的晶相为六方相。
进一步地，我们还公开了这种超薄层状Ni-M-O-H纳米晶的可控式合成方法是依赖于调节油酸的添加量实现层状Ni-M-O-H纳米晶厚度的控制。当OA用量为3mL时，Ni-M-O-H纳米晶较厚；当OA用量为5 mL时，Ni-M-O-H纳米晶明显变薄；当OA用量为10 mL时，Ni-M-O-H纳米晶变得较薄但形貌变得无规则。
该合成方法可以具体描述为：
将Ni(CH3COO)2∙4H2O，M的水合硝酸盐，如果M为Ce的话则用(NH4)2Ce(NO3)6代替M的水和硝酸盐，加入到十二胺、十八碳烯（ODE）以及控制量的油酸(OA)、溶液中，然后逐步升温至180°C后，维持反应，并在这一温度下反应得到含有Ni-M-O-H纳米晶的产物，通过分散沉降、离心分离得到Ni-M-O-H(M=Ce,Y,Yb)纳米晶产品。
其中，当Ni(CH3COO)2∙4H2O 为1.81 mmol时，M水合硝酸盐或(NH4)2Ce(NO3)6的添加量为0.18 mmol，ODE的添加量为10 mL，十二胺的添加量为5 mL，OA 的添加量为5-7 mL。
其中优选地，OA的添加量为5mL。当OA用量为5 mL时，Ni-M-O纳米晶最薄，聚集程度最小，结构最规整。
进一步优选地，我们公开在纳米晶的制备中按照3-4 oC min-1的升温速率逐步升温。其中更为优选的方案是按照3℃min-1的升温速率逐步升温。
另外，作为优选我们公开了将反应后的产物用体积比为1:1的无水乙醇-正庚烷混合溶液分散沉降。并且采用无水乙醇-正庚烷分散沉降、离心分离的操作可以重复5-6次。
进一步地，我们更为优选的方式是在采用无水乙醇-正庚烷分散沉降、离心分离后再采用体积比为1:1的去离子水-无水乙醇混合溶液洗涤可能残余的Ni2+或Mn+离子，这个洗涤过程可以重复1-2次。
进一步地，我们还给出了优选的反应时间为18 h。当温度达到我们所期待的温度后，保持温度恒定并反应18 h。
同时本发明还公开了这一超薄层状Ni-M-O-H纳米晶在制备超级电容器电极材料中的应用。
本发明所制得的Ni-M-O纳米晶采用透射电子显微镜（TEM）分析其尺寸、形貌和微结构等。同时值得注意的是，由于氢氧化镍具有薄的层状结构以及很大的比表面积，使得本材料具有更多的活性位点以及更大的电化学活性，另外稀土元素的掺入使得氢氧化镍具有更加丰富的可调性，因此在超级电容器的应用中表现出更好的性能。
本发明所制得的Ni-M-O-H(M=Ce,Y,Yb)纳米晶具有优异的超级电容器性能，能够快速的充放电，即高效的储存电能。经检测其性能优于目前市售的超级电容器材料，对于可再生能源技术发展具有重要的指导意义。
本发明中所涉及的Ni-M-O-H(M=Ce,Y,Yb)纳米晶合成方法中可以在较低的温度条件下可控地合成Ni-M-O-H(M=Ce,Y,Yb)纳米晶，利用改变溶剂的量，十分方便的控制Ni-M-O-H(M=Ce,Y,Yb)纳米晶的形貌，工艺简单，反应温度低，时间短，适合于批量生产。
附图说明
图1为本发明合成的不同OA用量的Ni-M-O-H(M=Ce,Y,Yb)纳米晶TEM图；其中图1a为OA用量3 mL的Ni-Yb-O-H纳米晶 ，图1b为OA用量5 mL的Ni-Yb-O-H纳米晶。图1c为OA用量3 mL的Ni-Y-O-H纳米晶 ，图1d为OA用量5 mL的Ni-Y-O-H纳米晶。图1e为OA用量3 mL的Ni-Ce-O-H纳米晶 ，图1f为OA用量10 mL的Ni-Ce-O-H纳米晶。
图2为本发明合成的Ni-Yb-O-H-3纳米晶SEM图。
图3为本发明合成的超级电容器性能高测试图，其中图3a为Ni-Yb-O-H-3纳米晶线性扫描伏安法（CV）曲线，图3b为Ni-Yb-O-H-3纳米晶横流充放电（GCD）曲线；图3c为Ni-Ce-O-H纳米晶线性扫描伏安法（CV）曲线，图3d为Ni-Ce-O-H纳米晶横流充放电（GCD）曲线；图3e为Ni-Y-O-H纳米晶线性扫描伏安法（CV）曲线，图3f为Ni-Y-O-H纳米晶横流充放电（GCD）曲线。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明所述的技术方案给予进一步详细的说明，但有必要指出以下实施例只用于对发明内容的描述，并不构成对本发明保护范围的限制。
实施例1
室温下，称量0.4504g的Ni(CH3COO)2∙4H2O和0.0808 g的Yb(NO3)6∙5H2O倒入装有ODE 10mL，十二胺5 mL，OA 3 mL的聚四氟乙烯内衬中，磁力搅拌15 min后分别放入不锈钢反应釜中，拧紧釜盖。放入烘箱中，调节温度为180 ℃，反应时间18 h。待反应结束后降温至室温，打开反应釜，加入适量无水乙醇-正庚烷(体积比1:1)分散，离心分离固体。将固体洗涤后得到淡绿色产物Ni-Yb-O-H-3，在真空干燥箱里真空干燥过夜后，用于分析表征。
实施例2
室温下，称量0.4504 g的Ni(CH3COO)2∙4H2O和0.0808 g的Yb(NO3)6∙5H2O倒入装有ODE10 mL，十二胺5 mL，OA 5 mL的聚四氟乙烯内衬中，磁力搅拌15 min后分别放入不锈钢反应釜中，拧紧釜盖。放入烘箱中，调节温度为180℃，反应时间18 h。待反应结束后降温至室温，打开反应釜，加入适量无水乙醇-正庚烷(体积比1:1)分散，离心分离固体。将固体洗涤后得到淡绿色产物Ni-Yb-O-H-5，在真空干燥箱里真空干燥过夜后，用于分析表征。
实施例3
室温下，称量0.4504 g的Ni(CH3COO)2∙4H2O和0.0690 g的Y(NO3)6∙6H2O倒入装有ODE 10mL，十二胺5 mL，OA 3 mL的聚四氟乙烯内衬中，磁力搅拌15 min后分别放入不锈钢反应釜中，拧紧釜盖。放入烘箱中，调节温度为180 ℃，反应时间18 h。待反应结束后降温至室温，打开反应釜，加入适量无水乙醇-正庚烷(体积比1:1)分散，离心分离固体。将固体洗涤后得到淡绿色产物Ni-Y-O-H-3，在真空干燥箱里真空干燥过夜后，用于分析表征。
实施例4
室温下，称量0.4504 g的Ni(CH3COO)2∙4H2O和0.0690 g的Y(NO3)6∙6H2O倒入装有ODE 10mL，十二胺5 mL，OA 5 mL的聚四氟乙烯内衬中，磁力搅拌15 min后分别放入不锈钢反应釜中，拧紧釜盖。放入烘箱中，调节温度为180 ℃，反应时间18 h。待反应结束后降温至室温，打开反应釜，加入适量无水乙醇-正庚烷(体积比1:1)分散，离心分离固体。将固体洗涤后得到淡绿色产物Ni-Y-O-H-5，在真空干燥箱里真空干燥过夜后，用于分析表征。
实施例5
室温下，称量0.4504 g的Ni(CH3COO)2∙4H2O和0.0987 g的(NH4)2Ce(NO3)6倒入装有ODE10 mL，十二胺5 mL，OA 3 mL的聚四氟乙烯内衬中，磁力搅拌15 min后分别放入不锈钢反应釜中，拧紧釜盖。放入烘箱中，调节温度为180 ℃，反应时间18 h。待反应结束后降温至室温，打开反应釜，加入适量无水乙醇-正庚烷(体积比1:1)分散，离心分离固体。将固体洗涤后得到淡绿色产物Ni-Ce-O-H-3，在真空干燥箱里真空干燥过夜后，用于分析表征。
实施例6
室温下，称量0.4504 g的Ni(CH3COO)2∙4H2O和0.0987 g的(NH4)2Ce(NO3)6倒入装有ODE10 mL，十二胺5 mL，OA 10 mL的聚四氟乙烯内衬中，磁力搅拌15 min后分别放入不锈钢反应釜中，拧紧釜盖。放入烘箱中，调节温度为180 ℃，反应时间18 h。待反应结束后降温至室温，打开反应釜，加入适量无水乙醇-正庚烷(体积比1:1)分散，离心分离固体。将固体洗涤后得到淡绿色产物Ni-Ce-O-H-10，在真空干燥箱里真空干燥过夜后，用于分析表征。
实施例7
分别对上述产品进行透射电子显微镜（TEM）检测，结果如下：
图1a显示在OA用量为5mL时，Ni-Yb-O-H-5纳米晶为六边形，边长约为300 nm左右，团聚程度较低，厚度明显较薄。
图1b显示在OA用量为3mL时，Ni-Yb-O-H-3纳米晶为圆饼状，直径约为200-500 nm，团聚比较明显，厚度较厚。
图1c显示在OA用量为5mL时，Ni-Y-O-H-5纳米晶为近圆形状，直径约为200-300 nm左右，厚度明显较薄。
图1d显示在OA用量为3mL时，Ni-Y-O-H-3纳米晶为近圆形状，直径约为200-400 nm左右，厚度较厚。
图1e显示在OA用量为3mL时，Ni-Ce-O-H-3纳米晶为圆饼状，直径约为800 nm-1 μm左右，厚度较厚。
图1f显示在OA用量为10mL时，Ni-Ce-O-H-10纳米晶为无定形层状结构，厚度比Ni-Ce-O-H-3稍薄。
实施例8
取Ni-Yb-O-H-3产品进行扫描电子显微镜（SEM）检测，结果见图2。
图2a显示产品为薄层六边形结构，厚度约为15 nm。
图2b进一步显示产品的薄层六边形结构，厚度在15-20 nm左右。
实施例9
在三电极体系中通过循环伏安法和恒流充放电法，测试样品的电化学性质，具体过程如下：
电化学实验在CHI660e型电化学工作站上进行，采用标准的三电极测试体系，相应的工作电极为本文所获取的样品修饰的泡沫镍电极。对电极为铂片，参比电极为银/氯化银(Ag/AgCl)。本文中所有的电势均相对于RHE。电解液为3 M的KOH溶液。所有电化学测试均在25oC下进行。每次实验时，所有的电极均在3M KOH溶液中进行测试。
样品修饰泡沫镍的制备方法如下：
每次试验前，先将泡沫镍剪成1 cm×5 cm大小，先用去离子水超声清洗15 min，再用乙醇超声清洗15min，在50 ℃烘干2 h，待用。
取40 mg的Ni-Yb-O-H-3纳米晶、7.5 mg的乙炔黑，用研钵研磨15 min。然后加入适量异丙醇，继续研磨15 min。最后加入1-2滴聚四氟乙烯（PTFE）乳液，稍事搅拌后滴在之前待用的泡沫镍表面。在50℃烘干2h后，等待电化学测试。
将修饰过样品的泡沫镍在上述三电极体系中，进行循环伏安法和恒流充放电测试。检测结果参看图3。测试结果表明，Ni-Yb-O-H纳米晶表现出优异的超级电容器性能，图3a在0.2 V处具有氧化还原峰说明本材料具有赝电容器的活性。通过图3b进行计算，Ni-Yb-O-H纳米晶在电流密度分别为1 A/g、2 A/g、3 A/g、4 A/g、 5 A/g和10 A/g时，比电容分别为1482 F/g、1275 F/g、1072 F/g、960 F/g、887 F/g和575 F/g。
实施例10
在三电极体系中通过循环伏安法和恒流充放电法，测试样品的电化学性质，具体过程如下：
电化学实验在CHI660e型电化学工作站上进行，采用标准的三电极测试体系，相应的工作电极为本文所获取的样品修饰的泡沫镍电极。对电极为铂片，参比电极为银/氯化银(Ag/AgCl)。本文中所有的电势均相对于RHE。电解液为3 M的KOH溶液。所有电化学测试均在25oC下进行。每次实验时，所有的电极均在3M KOH溶液中进行测试。
样品修饰泡沫镍的制备方法如下：
每次试验前，先将泡沫镍剪成1 cm×5 cm大小，先用去离子水超声清洗15 min，再用乙醇超声清洗15min，在50 ℃烘干2 h，待用。
取40 mg的Ni-Ce-O-H-5纳米晶、7.5 mg的乙炔黑，用研钵研磨15 min。然后加入适量异丙醇，继续研磨15 min。最后加入1-2滴聚四氟乙烯（PTFE）乳液，稍事搅拌后滴在之前待用的泡沫镍表面。在50℃烘干2h后，等待电化学测试。
将修饰过样品的泡沫镍在上述三电极体系中，进行循环伏安法和恒流充放电测试。检测结果参看图3。测试结果表明，Ni-Yb-O-H纳米晶表现出优异的超级电容器性能，图3c在0.2 V处具有氧化还原峰说明本材料具有赝电容器的活性。通过图3d进行计算，Ni-Ce-O-H纳米晶在电流密度分别为0.5A/g、1 A/g、2 A/g、3 A/g、4 A/g和 5 A/g时，比电容分别为1016 F/g、922 F/g、757 F/g、661 F/g、568 F/g和482 F/g。
实施例11
在三电极体系中通过循环伏安法和恒流充放电法，测试样品的电化学性质，具体过程如下：
电化学实验在CHI660e型电化学工作站上进行，采用标准的三电极测试体系，相应的工作电极为本文所获取的样品修饰的泡沫镍电极。对电极为铂片，参比电极为银/氯化银(Ag/AgCl)。本文中所有的电势均相对于RHE。电解液为3 M的KOH溶液。所有电化学测试均在25oC下进行。每次实验时，所有的电极均在3M KOH溶液中进行测试。
样品修饰泡沫镍的制备方法如下：
每次试验前，先将泡沫镍剪成1 cm×5 cm大小，先用去离子水超声清洗15 min，再用乙醇超声清洗15min，在50 ℃烘干2 h，待用。
取40 mg的Ni-Y-O-H-3纳米晶、7.5 mg的乙炔黑，用研钵研磨15 min。然后加入适量异丙醇，继续研磨15 min。最后加入1-2滴聚四氟乙烯（PTFE）乳液，稍事搅拌后滴在之前待用的泡沫镍表面。在50℃烘干2h后，等待电化学测试。
将修饰过样品的泡沫镍在上述三电极体系中，进行循环伏安法和恒流充放电测试。检测结果参看图3。测试结果表明，Ni-Y-O-H纳米晶表现出优异的超级电容器性能，图3e在0.2 V处具有氧化还原峰说明本材料具有赝电容器的活性。通过图3f进行计算，Ni-Y-O-H纳米晶在电流密度分别为1 A/g、2 A/g、3 A/g、4 A/g和 5 A/g时，比电容分别为897F/g、705F/g、661 F/g、577F/g和471F/g。
Claims (9)
1.Ni-M-O-H纳米晶，所述的M是指Ce、Y、Yb三种稀土金属，其特征在于，所述的Ni-M-O-H纳米晶为超薄层状结构，晶相为六方相。
2.一种权利要求1所述的Ni-M-O-H纳米晶的可控式合成方法，其特征在于，该方法依赖于调节油酸的添加量实现层状Ni-M-O-H纳米晶厚度的控制。
3.根据权利要求2所述的可控式合成方法，其特征在于，包括以下步骤：将Ni(CH3COO)2∙4H2O，M的水合硝酸盐，如果M为Ce的话则用(NH4)2Ce(NO3)6代替M的水和硝酸盐加入到油酸、十二胺及十八碳烯溶液中，逐步升温至180 °C，并维持这一温度反应获得Ni-M-O-H纳米晶。
4.根据权利要求3所述的可控式合成方法，其特征在于，当Ni(CH3COO)2∙4H2O 为1.81mmol时，M水合硝酸盐或(NH4)2Ce(NO3)6的添加量为0.18 mmol，ODE的添加量为10 mL，十二胺的添加量为5 mL，OA 的添加量为5-8 mL。
5.根据权利要求3所述的可控式合成方法，其特征在于，逐步升温过程中按照3-4oCmin-1的升温速率逐步升温。
6.根据权利要求3所述的可控式合成方法，其特征在于，反应过程在不锈钢反应釜的聚四氟乙烯内衬中进行。
7.根据权利要求3所述的可控式合成方法，其特征在于，反应后得到的纳米晶产物用正庚烷-无水乙醇混合液洗涤并分散沉降。
8.根据权利要求3所述的可控式合成方法，其特征在于，当反应温度达到180℃后维持这一温度反应时间为18 h。
9.权利要求1所述的Ni-M-O-H纳米晶在制备超级电容器中的应用。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710436411.9A CN107128981B (zh) | 2017-06-12 | 2017-06-12 | Ni-M-O-H纳米晶及其可控式合成方法和在制备超级电容器中的应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710436411.9A CN107128981B (zh) | 2017-06-12 | 2017-06-12 | Ni-M-O-H纳米晶及其可控式合成方法和在制备超级电容器中的应用 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN107128981A true CN107128981A (zh) | 2017-09-05 |
| CN107128981B CN107128981B (zh) | 2018-07-13 |
Family
ID=59733842
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201710436411.9A Expired - Fee Related CN107128981B (zh) | 2017-06-12 | 2017-06-12 | Ni-M-O-H纳米晶及其可控式合成方法和在制备超级电容器中的应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN107128981B (zh) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108097269A (zh) * | 2017-12-19 | 2018-06-01 | 南京晓庄学院 | 一种超薄多孔Ce-Ni-O-S纳米片及其制备方法和应用 |
| CN109243850A (zh) * | 2018-11-05 | 2019-01-18 | 南京晓庄学院 | Ni-Co氧化物纳米晶及其可控合成方法和应用 |
| CN110137514A (zh) * | 2019-04-15 | 2019-08-16 | 南京晓庄学院 | 一种Al-Co-Mo纳米晶复合材料及其制备方法和应用 |
| CN114388828A (zh) * | 2021-12-29 | 2022-04-22 | 天津大学 | 一种合金纳米晶、负载合金纳米晶的碳布及制备方法与应用 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101665233A (zh) * | 2009-09-15 | 2010-03-10 | 北京化工大学 | 一种层状双金属氢氧化物及其制备方法 |
| CN102637868A (zh) * | 2011-06-08 | 2012-08-15 | 广东工业大学 | 一种含稀土元素的纳米多相氢氧化镍及其合成方法 |
| CN103433044A (zh) * | 2013-08-27 | 2013-12-11 | 安徽大学 | 一种钴-镍双金属氢氧化物纳米复合物的制备方法 |
| CN106158417A (zh) * | 2016-08-22 | 2016-11-23 | 电子科技大学 | 一种片层状镍铝水滑石纳米材料为正极的超级电容器的制备方法 |
-
2017
- 2017-06-12 CN CN201710436411.9A patent/CN107128981B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101665233A (zh) * | 2009-09-15 | 2010-03-10 | 北京化工大学 | 一种层状双金属氢氧化物及其制备方法 |
| CN102637868A (zh) * | 2011-06-08 | 2012-08-15 | 广东工业大学 | 一种含稀土元素的纳米多相氢氧化镍及其合成方法 |
| CN103433044A (zh) * | 2013-08-27 | 2013-12-11 | 安徽大学 | 一种钴-镍双金属氢氧化物纳米复合物的制备方法 |
| CN106158417A (zh) * | 2016-08-22 | 2016-11-23 | 电子科技大学 | 一种片层状镍铝水滑石纳米材料为正极的超级电容器的制备方法 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| JUGRAJ JATAV, ET AL.: "Synthesis and characterization of hydrotalcites", 《JOURNAL OF CHEMICAL AND PHARMACEUTICAL RESEARCH》 * |
| XIAODONG LEI, ET AL.: "Highly Crystalline Activated Layered Double Hydroxides as Solid Acid-Base Catalysts", 《AICHE JOURNAL》 * |
| YAN XU, ET AL.: "Improved low-temperature activity of NieCe/g-Al2O3catalyst with layer structural precursor prepared by cold plasma for CO2 methanation", 《INTERNATIONAL JOURNAL OF HYDROGEN ENERGY》 * |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108097269A (zh) * | 2017-12-19 | 2018-06-01 | 南京晓庄学院 | 一种超薄多孔Ce-Ni-O-S纳米片及其制备方法和应用 |
| CN108097269B (zh) * | 2017-12-19 | 2018-10-30 | 南京晓庄学院 | 一种超薄多孔Ce-Ni-O-S纳米片及其制备方法和应用 |
| CN109243850A (zh) * | 2018-11-05 | 2019-01-18 | 南京晓庄学院 | Ni-Co氧化物纳米晶及其可控合成方法和应用 |
| CN110137514A (zh) * | 2019-04-15 | 2019-08-16 | 南京晓庄学院 | 一种Al-Co-Mo纳米晶复合材料及其制备方法和应用 |
| CN114388828A (zh) * | 2021-12-29 | 2022-04-22 | 天津大学 | 一种合金纳米晶、负载合金纳米晶的碳布及制备方法与应用 |
| CN114388828B (zh) * | 2021-12-29 | 2023-08-22 | 天津大学 | 一种合金纳米晶、负载合金纳米晶的碳布及制备方法与应用 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN107128981B (zh) | 2018-07-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Zhang et al. | Influence of metallic oxide on the morphology and enhanced supercapacitive performance of NiMoO4 electrode material | |
| KR101775468B1 (ko) | 슈퍼 커패시터용 전극 및 이의 제조 방법 | |
| CN109553779B (zh) | 一种三维纳米花金属有机框架材料的制备方法及应用 | |
| Wu et al. | Hierarchical three-dimensional NiCo 2 O 4 nanoneedle arrays supported on Ni foam for high-performance supercapacitors | |
| CN107128981B (zh) | Ni-M-O-H纳米晶及其可控式合成方法和在制备超级电容器中的应用 | |
| Yousefi et al. | High temperature and low current density synthesis of Mn3O4 porous nano spheres: characterization and electrochemical properties | |
| Wang et al. | A novel alcohol-thermal synthesis method of calcium zincates negative electrode materials for Ni–Zn secondary batteries | |
| Aghazadeh et al. | Preparation, characterization and electrochemical behavior of porous sphere-like α-Ni (OH) 2 nanostructures | |
| CN109133199A (zh) | 一种高循环性能球状纳米钼酸镍电极材料的制备方法 | |
| CN108630445B (zh) | 一种由碱活化含氮杂环类金属配合物制备超级电容器碳材料的方法及其应用 | |
| CN106910639B (zh) | 一种用于超级电容器电极材料的NiTe2的制备方法 | |
| CN104361998A (zh) | 一种多孔镍钴双金属氢氧化物纳米片、其制备方法及应用 | |
| CN102956880A (zh) | 一种用于制备Li4Ti5O12-TiO2纳米复合材料的方法及其产品 | |
| CN104867680B (zh) | 用作超级电容器电极的NiCo2O4@NiCo2O4纳米材料及其制备方法 | |
| CN110391088B (zh) | 一种镍基超级电容器电极材料的制备方法 | |
| CN109545573B (zh) | 金属1t相硫化铼中空纳米球超级电容器电极材料的制备方法 | |
| CN107403700B (zh) | 一种双氧化物/石墨烯纳米复合电极材料的制备方法 | |
| Sasirekha et al. | Electrochemical performance of zinchydroxide Zn (OH) 2 nanosheet for supercapacitor application | |
| CN108133834A (zh) | 一种泡沫镍为基底的MOFs-Mn2O3超级电容器电极材料的制备方法 | |
| CN109338470B (zh) | 一种锰铜矿结构CuMnO2晶体材料的形貌调控方法 | |
| Lang et al. | Preparation of four basic lead sulfate nano-rods additives and effect on the electrochemical performance of lead-acid battery | |
| CN108172410B (zh) | 球形四氧化三钴/氧化镉纳米复合材料及其制备方法和应用 | |
| CN116525314A (zh) | 一种由金属配合物制备超级电容器复合氧化物材料的方法及其应用 | |
| CN115246630B (zh) | 一种缺陷型中空镍钴硒化物纳米立方体的制备方法 | |
| Lian et al. | A novel and facile step-by-step hydrothermal synthesis of flower-like C@ Ni0. 7Co0. 3 (OH) 2 for supercapacitors: understanding the excellent cycling stability |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20180713 |