CN107293410B - 一种CeO2/Ni/NiO多孔复合纳米微球的制备方法 - Google Patents
一种CeO2/Ni/NiO多孔复合纳米微球的制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种CeO2/Ni/NiO多孔复合纳米微球的制备方法，包括下述两个步骤：首先将乙酸镍、硝酸铈铵、六次甲基四胺三种水溶液依次混合，再加入一定量的乙二醇，得到混合溶液，将该混合溶液进行喷雾干燥，得到固体粉末；再所得固体粉末放入马弗炉中，以一定的升温速度升到设定温度，保温一段时间,得到CeO2/Ni/NiO多孔复合纳米微球。本发明方法所制备的CeO2/Ni/NiO纳米微球是由更加细小的纳米颗粒自组装而成的多孔结构复合纳米微球，所述制备工艺相对简单，所制备的粉体纳米微球大小均匀，分散性好，用于超级电容器的电极材料，能显著改善充放电性能。
Description
技术领域
本发明属无机功能材料领域，涉及一种CeO2/Ni/NiO多孔复合纳米微球的制备方法，具体地说，是涉及一种CeO2/Ni/NiO多孔纳米复合微球超级电容器电极材料的制备方法。
背景技术
超级电容器是一种能够快速充放电、循环寿命长且功率密度高的新型储能装置。由于其优越的性能受到越来越多人的关注，而超级电容器中电极材料对超级电容器的性能起到决定性作用，成为超级电容器中研究的重点。
氧化镍由于其资源广泛、价格低廉、对环境无污染、电化学性能优越等特点受到越来越多人的关注，在超级电容器领域已被广泛应用于电极材料。目前为止，人们在制备氧化镍电极材料方面做出了许多研究，但在研究过程中仍有不足之处，虽然氧化镍的理论比电容量很大，但由于导电性能差而很难达到理论比电容量。人们在研究中发现，将不同种类的金属或金属氧化物复合，不仅可以弥补单一材料的缺点，同时还可以实现材料性能的优势互补，将大大提高电容器的性能。例如，N.Padmanathan&S.Selladurai等公开了一种溶胶-凝胶法制备 NiO-CeO2复合材料作为电极材料的方法，在1A/g的电流密度下得到的比电容为305Fg-1(Ionics 2014,20:409–420)。Wang等公开了一种水热法制备NiO-Co3O4复合微球作为电极材料的方法，在1A/g的电流密度下得到的比电容为801Fg-1(Chemical PhysicsLetters 2017,667: 260–266)。Chen等公开了一种化学浴沉积法和磁控溅射法相结合的方法，用于制备Ni/NiO 复合材料(Materials Research Bulletin 2016,76:113–117。中国发明专利CN2015102076993公开了一种通过两步水热反应法，制备超级电容器NiO@MnO2纳米片电极材料的方法。中国发明专利CN201510095023X公开了一种水热法制备多孔NiO/CeO2杂化纳米片阵列的方法。
但将多组分混合沉淀制备复合纳米材料，有别于单一纳米粉体的制备，存在形貌难控制，易团聚和难分散等问题，限制了超级电容器的发展，使得复合电极材料的优越电化学性能不能充分发挥出来。
基于上述原因，发展一种工艺相对简单、反应条件较温和，能够实现连续化生产，并能制备出具有良好分散性和电化学性能的CeO2/Ni/NiO多孔复合纳米微球电极材料，则是本发明所要解决的主要问题。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种由纳米颗粒组装而成的CeO2/Ni/NiO多孔复合纳米微球的制备方法。所述制备工艺相对简单，所制备的复合材料具有球形多孔结构，分散性好，有利于电化学过程中电子和电解质离子的传输，从而有利于电化学储能反应的发生，可以有效地改善电极材料的电化学性能。CeO2、NiO具有很好的电化学氧化还原性，复合的金属Ni可以提高复合材料的导电性，将其三者复合，可以赋予所制备的多孔电极材料更高的比电容和良好的循环稳定性。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种CeO2/Ni/NiO多孔复合纳米微球的制备方法，其特征在于，所述CeO2/Ni/NiO多孔复合纳米微球以乙酸镍、硝酸铈铵、六次甲基四胺和乙二醇为原料，通过一步喷雾干燥法得到其前驱体，制备方法包括下述步骤：
(1)称取2-4g的乙酸镍、0.1-0.5g硝酸铈铵、1-5g六次甲基四胺分别加入适量去离子水溶解，然后将三种溶液混合，再加入0.1-0.5ml乙二醇，溶解后加水配制成150ml溶液并搅拌搅拌均匀，最后，将该溶液进行喷雾干燥，得到固体粉末。
(2)将上一步所得产物放入马弗炉，以2-10℃/min的升温速度升到250-350℃，保温 30min,得到CeO2/Ni/NiO多孔复合纳米微球产品。
得到的CeO2/Ni/NiO复合纳米微球作为超级电容器电极材料具有高的比容量，以及较好的循环稳定性。其制备方法工艺简单、成本低，便于大规模应用规模生产，也可以推广应用于合成其他过渡金属复合氧化物超级电容器电极材料。
附图说明
图1为利用本发明所述方法制备的CeO2/Ni/NiO多孔复合纳米微球的X射线粉末衍射 (XRD)图谱。
图2为利用本发明所述方法制备的CeO2/Ni/NiO多孔复合纳米微球的扫描电子显微镜 (SEM)照片。
图3为利用本发明所述方法制备的CeO2/Ni/NiO多孔复合纳米微球作为超级电容器电极材料，在不同电流密度下的充放电性能。
图4为利用本发明所述方法制备的CeO2/Ni/NiO多孔复合纳米微球作为超级电容器电极材料，充放电循环稳定性测试结果。
具体实施方式
实施例一：
称取3g的乙酸镍、0.3g硝酸铈铵、2.4g六次甲基四胺分别用适量去离子水溶解，然后将三种溶液混合，再加入0.2ml乙二醇，溶解后加水配制成150ml溶液并搅拌搅拌均匀，最后，将该溶液进行喷雾干燥，得到固体粉末。将上一步所得产物放入马弗炉，以2℃/min的升温速度升到300℃，保温30min,得到CeO2/Ni/NiO多孔复合纳米微球产品。
实施例二：
称取3g的乙酸镍、0.2g硝酸铈铵、2.4g六次甲基四胺分别用适量去离子水溶解，然后将三种溶液混合，再加入0.2ml乙二醇，溶解后加水配制成150ml溶液并搅拌搅拌均匀，最后，将该溶液进行喷雾干燥，得到固体粉末。将上一步所得产物放入马弗炉，以2℃/min的升温速度升到300℃，保温30min,得到CeO2/Ni/NiO多孔复合纳米微球产品。
实施例三：
称取3g的乙酸镍、0.3g硝酸铈铵、3.6g六次甲基四胺分别用适量去离子水溶解，然后将三种溶液混合，再加入0.2ml乙二醇，溶解后加水配制成150ml溶液并搅拌搅拌均匀，最后，将该溶液进行喷雾干燥，得到固体粉末。将上一步所得产物放入马弗炉，以2℃/min的升温速度升到300℃，保温30min,得到CeO2/Ni/NiO多孔复合纳米微球产品。
实施例四
称取3g的乙酸镍、0.3g硝酸铈铵、2.4g六次甲基四胺分别用适量去离子水溶解，然后将三种溶液混合，再加入0.4ml乙二醇，溶解后加水配制成150ml溶液并搅拌搅拌均匀，最后，将该溶液进行喷雾干燥，得到固体粉末。将上一步所得产物放入马弗炉，以2℃/min的升温速度升到300℃，保温30min,得到CeO2/Ni/NiO多孔复合纳米微球产品。
实施例五
称取3g的乙酸镍、0.3g硝酸铈铵、2.4g六次甲基四胺分别用适量去离子水溶解，然后将三种溶液混合，再加入0.4ml乙二醇，溶解后加水配制成150ml溶液并搅拌搅拌均匀，最后，将该溶液进行喷雾干燥，得到固体粉末。将上一步所得产物放入马弗炉，以10℃/min 的升温速度升到350℃，保温30min,得到CeO2/Ni/NiO多孔复合纳米微球产品。
图1为利用本发明所述方法实施例一制备的单分散CeO2/Ni/NiO多孔复合纳米微球的 XRD谱图。根据标准卡片，图中三个最强衍射峰可以指认为立方相NiO(JCPDS cardno. 47-1049)，其它弱的衍射峰可以分别指认为CeO2(JCPDS card no.34-394)和金属镍(JCPDS card no.4-850)。说明所制备的产品为CeO2/Ni/NiO三元复合结构。
图2为利用本发明所述方法制备的CeO2/Ni/NiO多孔复合纳米微球的扫描电子显微镜 (SEM)照片。从SEM照片可以看出，所得产品是粒径约150nm的纳米球形颗粒，纳米微球的形状规整、粒径大小分布均匀，分散性好，是由更加细小的纳米粒子自组装而成的。
图3为本发明所述方法制备的CeO2/Ni/NiO多孔复合纳米微球作为超级电容器电极材料，在不同电流密度下的充放电性能。从图中可以看出，CeO2/Ni/NiO作为电极材料，显著改善充放电性能和循环稳定性，通过CeO2、Ni、NiO三者复合，可以使所制备的多孔电极材料具有更高的比电容和良好的循环稳定性。
图4为利用本发明所述方法制备的CeO2/Ni/NiO多孔复合纳米微球作为超级电容器电极材料，充放电循环稳定性测试结果。从图4可以看出，在电流密度为5A/g时，循环1000次后，比电容仍然能保持90％，说明CeO2/Ni/NiO作为超级电容器电极材料，具有良好的循环稳定性。
上述实施例是本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述具体实施例的限制，凡采用等同替换或等效变换的形式得到的技术方案，均应该在本发明保护之内。
Claims (1)
1.一种CeO2/Ni/NiO多孔复合纳米微球的制备方法，其特征在于，所述纳米微球用作超级电容器的电极材料，所述制备方法包括下述步骤：
(1)称取2-4g的乙酸镍、0.1-0.5g硝酸铈铵、1-5g六次甲基四胺分别加入适量去离子水溶解，然后将三种溶液混合，再加入0.1-0.5ml乙二醇，溶解后加水配制成150ml溶液并搅拌均匀，最后，将该溶液进行喷雾干燥，得到固体粉末；
(2)将上一步所得产物放入马弗炉，以2-10℃/min的升温速度升到250-350℃，保温30min,得到CeO2/Ni/NiO多孔复合纳米微球产品。
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