CN109411240A - 一维结构的二氧化锰纳米管@Ni-Co LDH纳米笼核壳复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents

一维结构的二氧化锰纳米管@Ni-Co LDH纳米笼核壳复合材料及其制备方法和应用 Download PDF

Info

Publication number
CN109411240A
CN109411240A CN201811267768.XA CN201811267768A CN109411240A CN 109411240 A CN109411240 A CN 109411240A CN 201811267768 A CN201811267768 A CN 201811267768A CN 109411240 A CN109411240 A CN 109411240A
Authority
CN
China
Prior art keywords
core
mno
nanocages
nanotube
ldh
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
Application number
CN201811267768.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN109411240B (zh
Inventor
王秀华
黄飞飞
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Anhui Normal University
Original Assignee
Anhui Normal University
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Anhui Normal University filed Critical Anhui Normal University
Priority to CN201811267768.XA priority Critical patent/CN109411240B/zh
Publication of CN109411240A publication Critical patent/CN109411240A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109411240B publication Critical patent/CN109411240B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01GCAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/22Electrodes
    • H01G11/30Electrodes characterised by their material
    • H01G11/46Metal oxides
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01GCAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/22Electrodes
    • H01G11/30Electrodes characterised by their material
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01GCAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/84Processes for the manufacture of hybrid or EDL capacitors, or components thereof
    • H01G11/86Processes for the manufacture of hybrid or EDL capacitors, or components thereof specially adapted for electrodes
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/13Energy storage using capacitors

Abstract

本发明公开了一种结构的二氧化锰纳米管@Ni‑Co LDH纳米笼核壳复合材料及其制备方法和应用,该制备方法包括:1)将MnO2纳米管@ZIF‑67分散于有机溶剂中形成混合溶液A;2)将镍源分散于有机溶剂中形成混合溶液B;3)将混合溶液A、混合溶液B混合后进行接触反应,接着后处理以制得一维结构的二氧化锰纳米管@Ni‑Co LDH纳米笼核壳复合材料;其中,MnO2纳米管@ZIF‑67由核和包覆于核的外部的壳组成,核为MnO2纳米管,壳为ZIF‑67多面体。该一维结构的二氧化锰纳米管@Ni‑Co LDH纳米笼核壳复合材料具有优异的电化学性能进而使其能够应用于超级电容器电极材料中。

Description

一维结构的二氧化锰纳米管@Ni-Co LDH纳米笼核壳复合材料 及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及核壳异质结构复合材料,具体地,涉及一种一维结构的二氧化锰纳米管@Ni-Co LDH纳米笼核壳复合材料及其制备方法和应用。
背景技术
为满足可持续和可再生能源的迫切需要,在现代电子行业的许多工作已经在开发灵活、轻便、环保的储能装置。电化学电容器,也被称为超级电容器,由于其高的功率密度,优秀的循环寿命长备受关注。
过渡金属氧化物,比如MnO2,由于其高的理论容量、低成本和环境友好性已被广泛应用于超级电容器;但是MnO2差的导电性限制了大功率充放电速率,进而限制了该类超级电容器的应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种一维结构的二氧化锰纳米管@Ni-Co LDH纳米笼核壳复合材料及其制备方法和应用,该一维结构的二氧化锰纳米管 @Ni-Co LDH纳米笼核壳复合材料具有优异的电化学性能进而使其能够应用于超级电容器电极材料中,同时该制备方法具有操作简单、成本低廉、条件温和、绿色环保等优点。
为了实现上述目的,本发明提供了一种一维结构的二氧化锰纳米管 @Ni-Co LDH纳米笼核壳复合材料,包括核和包覆于核的外部的壳,核为 MnO2纳米管,壳为Ni-Co LDH中空纳米笼,其中,Ni-Co LDH中空纳米笼是由层状Ni-Co双氢氧化物组成的中空纳米笼。
本发明还提供了一种如上述的一维结构的二氧化锰纳米管@Ni-Co LDH 纳米笼核壳复合材料的制备方法,包括:
1)将MnO2纳米管@ZIF-67分散于有机溶剂中形成混合溶液A;
2)将镍源分散于有机溶剂中形成混合溶液B;
3)将混合溶液A、混合溶液B混合后进行接触反应,接着后处理以制得一维结构的二氧化锰纳米管@Ni-Co LDH纳米笼核壳复合材料;
其中,MnO2纳米管@ZIF-67由核和包覆于核的外部的壳组成,核为 MnO2纳米管,壳为ZIF-67多面体。
本发明进一步提供了一种如上述的一维结构的二氧化锰纳米管@Ni-Co LDH纳米笼核壳复合材料在超级电容器电极材料中的应用。
通过上述技术方案,本发明通过混合溶液A、混合溶液B的接触反应形成二氧化锰纳米管@Ni-Co LDH纳米笼核壳复合材料,该二氧化锰纳米管 @Ni-Co LDH纳米笼核壳复合材料具有独特的形貌结构,有效的提高电极材料的比表面积和孔容;相对于单一材料,该纳米笼核壳复合材料的比电容、导电性和稳定性都有了极大的提高,从而实现卓越的电化学性能。在1A/g 电流密度下,该核壳异质结构复合材料的比电容可达到1156F/g。同时,该制备方法具备操作简单、成本低廉、条件温和、绿色环保等特点,并且合成周期短,可满足商业大规模产业化制备。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是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,与下面的具体实施方式一起用于解释本发明,但并不构成对本发明的限制。在附图中:
图1为实施例1制备的一维结构的MnO2纳米管@Ni-Co LDH纳米笼核壳复合材料的高倍电子显微镜(SEM)图;
图2为实施例1制备的一维结构的MnO2纳米管@Ni-Co LDH纳米笼核壳复合材料的低倍电子显微镜(SEM)图;
图3为实施例1制备的一维结构的MnO2纳米管@Ni-Co LDH纳米笼核壳复合材料的透射电子显微镜(TEM)图;
图4为实施例1制备的一维结构的MnO2纳米管@Ni-Co LDH纳米笼核壳复合材料的X-射线衍射谱(XRD)图;
图5为实施例1制备的一维结构的MnO2纳米管@Ni-Co LDH纳米笼核壳复合材料的吸附/脱附曲线(BET)图;
图6是实施例1制备的的一维结构的MnO2纳米管@Ni-Co LDH纳米笼核壳复合材料的循环伏安曲线图(CV);
图7为实施例1制备的一维结构的MnO2纳米管@Ni-Co LDH纳米笼核壳复合材料在不同电流密度下的恒流充放电曲线图(CP);
图8是实施例1制备的一维结构的MnO2纳米管@Ni-Co LDH纳米笼核壳复合材料的电化学阻抗谱(EIS)。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是,此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明,并不用于限制本发明。
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值,这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说,各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间,以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围,这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
本发明提供了一种一维结构的二氧化锰纳米管@Ni-Co LDH纳米笼核壳复合材料,包括核和包覆于核的外部的壳,核为MnO2纳米管,壳为Ni-Co LDH中空纳米笼,其中,Ni-CoLDH中空纳米笼是由层状Ni-Co双氢氧化物组成的中空纳米笼。
本发明还提供了一种如上述的一维结构的二氧化锰纳米管@Ni-Co LDH 纳米笼核壳复合材料的制备方法,包括:
1)将MnO2纳米管@ZIF-67分散于有机溶剂中形成混合溶液A;
2)将镍源分散于有机溶剂中形成混合溶液B;
3)将混合溶液A、混合溶液B混合后进行接触反应,接着后处理以制得一维结构的二氧化锰纳米管@Ni-Co LDH纳米笼核壳复合材料;
其中,MnO2纳米管@ZIF-67由核和包覆于核的外部的壳组成,核为 MnO2纳米管,壳为ZIF-67多面体。
在本发明中,各物料的用量可以在宽的范围内选择,但是为了进一步提高制得的制得的纳米笼核壳复合材料的电化学性质,优选地,MnO2纳米管 @ZIF-67、镍源的重量比为0.05g:0.05-0.1g。
在本发明中,有机溶剂的用量可以在宽的范围内选择,但是为了进一步提高制得的制得的纳米笼核壳复合材料的电化学性质,优选地,在步骤1) 中,MnO2纳米管@ZIF-67、有机溶剂的用量比为0.05g:5-10mL;在步骤2) 中,镍源、有机溶剂的用量比为0.05-0.1g:10-20mL。
在本发明中,镍源的种类可以在宽的范围内选择,但是为了进一步提高制得的制得的纳米笼核壳复合材料的电化学性质,优选地,镍源选自六水合硝酸钴、氯化镍和硫酸镍中的至少一者。
在本发明中,有机溶剂的种类可以在宽的范围内选择,但是为了进一步提高制得的纳米笼核壳复合材料的电化学性质,优选地,有机溶剂选自甲醇、乙醇和N,N-二甲基甲酰胺中的至少一者。
在本发明中,壳和纳米笼核壳复合材料的尺寸可以在宽的范围内选择,但是为了进一步提高制得的纳米笼核壳复合材料的电化学性质,优选地, MnO2纳米管@ZIF-67的平均直径为300-400nm,Ni-Co LDH纳米笼的平均直径为80-150nm。
在本发明中,分散的方式可以在宽的范围内选择,但是为了进一步提高制得的纳米笼核壳复合材料的电化学性质,优选地,在步骤1)和2)中,分散采用超声震荡的方式,且超声时间为3-15min。
在本发明步骤3)中,接触反应的条件可以在宽的范围内选择,但是为了进一步提高制得的制得的纳米笼核壳复合材料的电化学性质,优选地,在步骤3)中,接触反应满足以下条件:采用回流法或溶剂热法进行,反应时间为2.5-5h,反应温度为70-90℃。
在本发明步骤3)中,后处理的步骤可以在宽的范围内选择,但是为了进一步提高制得的制得的纳米笼核壳复合材料的电化学性质,优选地,在步骤3)中,后处理包括:将反应体系进行离心分离,接着将离心后的沉淀物进行洗涤,然后干燥。
本发明进一步提供了一种如上述的一维结构的二氧化锰纳米管@Ni-Co LDH纳米笼核壳复合材料在超级电容器电极材料中的应用。
本发明还提供了一种如上述的MnO2纳米管@ZIF-67的制备方法,包括:
1)将单体MnO2纳米管、钴源分散于有机溶剂中形成混合溶液A;
2)将2-甲基咪唑、表面活性剂分散于有机溶剂中形成混合溶液B;
3)将混合溶液A、混合溶液B混合后进行接触反应,接着后处理以制得MnO2纳米管@ZIF-67。
在MnO2纳米管@ZIF-67的制备方法中,各物料的用量在宽的范围内选择,但是为了进一步提高MnO2纳米管@ZIF-67的电化学性质,优选地,单体MnO2纳米管、钴源、2-甲基咪唑、表面活性剂的重量比为0.02-0.06g: 0.29-0.32g:0.65-0.7g:0.35-0.4g。
在MnO2纳米管@ZIF-67的制备方法的步骤1)中,有机溶剂的用量在宽的范围内选择,但是为了进一步提高MnO2纳米管@ZIF-67的电化学性质,优选地,在步骤1)中,单体MnO2纳米管、有机溶剂的用量比为0.02-0.06g: 20-30mL。
在MnO2纳米管@ZIF-67的制备方法的步骤2)中,有机溶剂的用量在宽的范围内选择,但是为了进一步提高MnO2纳米管@ZIF-67的电化学性质,在步骤2)中,2-甲基咪唑、有机溶剂的用量比为0.65-0.7g:8-15mL。
在MnO2纳米管@ZIF-67的制备方法中,钴源的种类在宽的范围内选择,但是为了进一步提高MnO2纳米管@ZIF-67的电化学性质,优选地,钴源选自硝酸钴、氯化钴和硫酸钴中的至少一者。
在MnO2纳米管@ZIF-67的制备方法中,表面活性剂的种类在宽的范围内选择,但是为了进一步提高MnO2纳米管@ZIF-67的电化学性质,优选地,表面活性剂选自聚乙烯吡咯烷酮PVP、聚二烯丙基二甲基氯化铵PDDA和聚醚酰亚胺PEI中的至少一者。
在MnO2纳米管@ZIF-67的制备方法中,有机溶剂的种类在宽的范围内选择,但是为了进一步提高MnO2纳米管@ZIF-67的电化学性质,优选地,有机溶剂选自甲醇、乙醇和N,N-二甲基甲酰胺中的至少一者。
在MnO2纳米管@ZIF-67的制备方法中,分散的方式在宽的范围内选择,但是为了进一步提高MnO2纳米管@ZIF-67的电化学性质,优选地,在步骤 1)和2)中,分散采用超声震荡的方式,且超声时间为3-15min。
在MnO2纳米管@ZIF-67的制备方法中,接触反应的条件在宽的范围内选择,但是为了进一步提高MnO2纳米管@ZIF-67的电化学性质,优选地,在步骤3)中,接触反应满足以下条件:在搅拌条件下进行,反应时间为 0.5-3h,反应温度为15-35℃。
在MnO2纳米管@ZIF-67的制备方法中,后处理的工序在宽的范围内选择,但是为了进一步提高MnO2纳米管@ZIF-67的电化学性质,优选地,在步骤3)中,后处理包括:将反应体系进行离心分离,接着将离心后的沉淀物进行洗涤,然后干燥。其中,干燥的条件可以在宽的范围内选择,但是为了进一步提高干燥效果,优选地,干燥温度为75-80℃,干燥时间为24-30h。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
制备例1
单体MnO2纳米管的制备:
首先,在搅拌下,将0.304g KMnO4和0.6ml HCl(37体积%)加入到 35ml蒸馏水中以形成均匀溶液;接着,将溶液转移到容量为50ml的聚四氟乙烯内衬不锈钢高压釜中,将高压釜置于140℃的烘箱中12h后冷却至室温;然后过滤所得棕色沉淀物,用去离子水洗涤数次并在80℃下真空干燥12h。
制备例2
1)将0.04g单体MnO2纳米管和0.29g六水合硝酸钴分散到20ml甲醇中,超声分散10分钟,得到均一混合溶液A。
2)将0.65的2-甲基咪唑和0.37g的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)分散到10ml 甲醇中,超声分散5分钟,得到均一混合溶液B。
3)在搅拌下,将混合溶液B迅速倒入混合溶液A中,在室温(25℃) 下搅拌反应1h后,将将反应体系进行离心分离,接着将离心后的沉淀物用甲醇洗涤5次并在5000rpm的转速下离心分离,在75℃下真空干燥24小时,即可得到MnO2纳米管@ZIF-67。
制备例3
按照制备例2方法制得MnO2纳米管@ZIF-67,所不同的是,单体MnO2纳米管的用量是0.02g,六水合硝酸钴的用量是0.29g,2-甲基咪唑的用量是 0.65g,聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的用量是0.35g。
制备例4
按照制备例2方法制得MnO2纳米管@ZIF-67,所不同的,将单体MnO2纳米管的用量是0.06g,六水合硝酸钴的用量是0.32g,2-甲基咪唑的用量是 0.7g,聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的用量是0.4g。
实施例1
1)将制备例2制得的0.05g MnO2@ZIF-67分散到20ml乙醇中超声5min 分散均一,得到混合溶液A。
2)将0.1g六水硝酸镍分散到5ml乙醇中超声5min分散均一,得到混合溶液B。
3)在磁力搅拌下,将上述混合溶液A与混合溶液B混合后,将溶液转移到聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压釜中;将高压釜置于80℃的烘箱中5h后冷却至室温(25℃)后,用乙醇洗涤3次并离心分离,在70℃下真空干燥 12h,即可得到MnO2纳米管@Ni-Co LDH纳米笼复合材料。
实施例2
1)将制备例3制得的0.05g MnO2@ZIF-67分散到20ml乙醇中超声5min 分散均一,得到混合溶液A。
2)将0.1g六水硝酸镍分散到5ml乙醇中超声5min分散均一,得到混合溶液B。
3)在磁力搅拌下,将上述混合溶液A与混合溶液B混合后,将溶液转移到聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压釜中;将高压釜置于80℃的烘箱中2.5h 后冷却至室温(25℃)后,用乙醇洗涤3次并离心分离,在70℃下真空干燥 12h,即可得到MnO2纳米管@Ni-Co LDH纳米笼复合材料。
实施例3
1)将制备例4制得的0.05g MnO2@ZIF-67分散到20ml乙醇中超声5min 分散均一,得到混合溶液A。
2)将0.1g六水硝酸镍分散到5ml乙醇中超声5min分散均一,得到混合溶液B。
3)在磁力搅拌下,将上述混合溶液A与混合溶液B混合后,将溶液转移到圆底烧瓶中;将圆底烧瓶置于90℃的油浴锅中搅拌加热回流2.5h后冷却至室温,用乙醇洗涤3次并离心分离,在70℃下真空干燥12小时,即可得到MnO2纳米管@Ni-Co LDH纳米笼复合材料。
实施例4
1)将制备例2制得的0.05g MnO2@ZIF-67分散到20ml乙醇中超声5min 分散均一,得到混合溶液A。
2)将0.05g六水硝酸镍分散到5ml乙醇中超声5min分散均一,得到混合溶液B。
3)在磁力搅拌下,将上述混合溶液A与混合溶液B混合后,将溶液转移到聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压釜中;将高压釜置于80℃的烘箱中5h后冷却至室温(25℃)后,用乙醇洗涤3次并离心分离,在70℃下真空干燥 12h,即可得到MnO2纳米管@Ni-Co LDH纳米笼复合材料。
实施例5
1)将制备例2制得的0.05g MnO2@ZIF-67分散到20ml乙醇中超声5min 分散均一,得到混合溶液A。
2)将0.05g六水硝酸镍分散到5ml乙醇中超声5min分散均一,得到混合溶液B。
3)在磁力搅拌下,将上述混合溶液A与混合溶液B混合后,将溶液转移到圆底烧瓶中;将圆底烧瓶置于90℃的油浴锅中搅拌加热回流5h后冷却至室温,用乙醇洗涤3次并离心分离,在70℃下真空干燥12小时,即可得到MnO2纳米管@Ni-Co LDH纳米笼复合材料。
实施例6
按照实施例1的方法进行,所不同的是,将甲醇换为乙醇,将六水硝酸镍换为氯化镍。
实施例7
按照实施例1的方法进行,所不同的是,将甲醇换为N,N-二甲基甲酰胺中,将六水硝酸镍换为硫酸镍。
检测例1
1)通过扫描电子显微镜(SEM)对实施例1所得产物进行形貌分析,结果如图1,2所示,表明所制备的产品为一维纳米结构,直径为300-400nm。
2)通过透射电子显微镜(TEM)对实施例1所得产物进行了分析,结果如图3所示;表明了该产品为一维核壳结构,直径为300-400nm,壳层的 Ni-Co LDH中空纳米笼直径为80-150nm。
3)通过X射线衍射(XRD)检测实施例1所得产物,结果如图4所示;得到图谱与JCPDS标准卡片NO.72-1982所对应的MnO2衍射峰完全吻合,在2θ值10.9,22.3,34.5和60.5°处观察到的明确定义的衍射峰与水滑石LDH 相对应。此XRD图可以很好的证明该物质为MnO2@Ni-Co LDH复合材料。
4)用N2吸附/脱附曲线(BET)检测实施例1所得产物,结果如图5所示。表明了该样品具有大的比表面,图中插图的孔径分布则证明了该材料的介孔的性质。
同样地,对实施例2-7进行检测,检测结果与实施例1的检测结果基本一致,从而也说明了实施例2-7的产物为一维结构的MnO2纳米管@Ni-Co LDH纳米笼核壳复合材料。
应用例1
以下测试所用仪器均为CHI660E电化学工作站(上海辰华仪器有限公司制造)。以下测试均采用三电极体系,其中,将实施例1的一维结构的 MnO2纳米管@Ni-Co LDH纳米笼核壳复合材料、乙炔黑、聚四氟乙烯(PTFE) 按照7:2:1的重量比制成工作电极;以铂丝电极和饱和甘汞电极(SCE) 分别作为对电极和参比电极;以2mol/L的KOH溶液作为电解液。
1)循环伏安法(CV)测试
分别以5mV·s-1、10m V·s-1、20mV·s-1、40mV·s-1、60mV·s-1、80mV·s-1和100mV·s-1的扫描速率进行扫描,得出实施例1中的一维结构的MnO2纳米管@Ni-Co LDH纳米笼核壳复合材料的循环伏安曲线如图6所示,该曲线的电势范围为0~0.55V。通过CV图可以看出随着扫描速度的增大,一维结构的MnO2纳米管@Ni-Co LDH纳米笼核壳复合材料在低扫速下出现明显的氧化和还原峰,即便是在较高的扫描速度下也没有明显的失真,说明一维轴向分级结构的MnO2纳米管@Ni-Co LDH纳米笼核壳复合材料具有优异的储存电量的性能。
2)恒电流充放电(CP)测试
分别在1A·g-1、2A·g-1、4A·g-1、6A·g-1、8A·g-1和10A·g-1下进行恒流充放电检测,得出实施例1中的一维结构的MnO2纳米管@Ni-Co LDH纳米笼核壳复合材料在不同电流密度下的恒流充放电曲线,如图7所示。其中,该曲线的纵坐标即电压范围为0~0.55V。通过下列公式计算出不同电流密度下的比电容充放电。通过充放电图算出比电容,可知一维结构的MnO2纳米管 @Ni-Co LDH纳米笼核壳复合材料的在1A/g电流密度下比电容为1156F/g,说明一维结构的MnO2纳米管@Ni-Co LDH纳米笼核壳复合材料具有优异的储存电量的性能。
其中,电容计算公式为:Cm=(I·t)/(△V·m),I为电流大小,t为放电时间,△V为电势差,m为工作电极片上样品的质量。
3)电化学阻抗谱(EIS)测试
通过电化学阻抗谱法得出一维结构的MnO2纳米管@Ni-Co LDH纳米笼核壳复合材料电极的交流阻抗图谱,如图8所示。交流阻抗谱分为高频区部分和低频区部分,由高频区的一段半圆的弧形和低频区的一条斜直线组成。在高频区阻抗谱与实轴的交点为一维结构的MnO2纳米管@Ni-Co LDH纳米笼核壳复合材料电极的内阻,低频区域的直线表示电解质中电阻的扩散电阻,可以看出一维结构的MnO2纳米管@Ni-Co LDH纳米笼核壳复合材料电极具有很小的电化学反应电阻和离子扩散阻力,这得益于优异的电子传输和高表面积,由此表明了一维结构的MnO2纳米管@Ni-Co LDH纳米笼核壳复合材料可以作为优异的超级电容器的电极材料。
同样地,按照上述方法对实施例2-7的产物进行电化学性能检测,检测结果与实施例1产物的检测结果基本一致,从而也说明了实施例2-7中的产物能够胜任超级电容器的电极材料。
以上详细描述了本发明的优选实施方式,但是,本发明并不限于上述实施方式中的具体细节,在本发明的技术构思范围内,可以对本发明的技术方案进行多种简单变型,这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是,在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征,在不矛盾的情况下,可以通过任何合适的方式进行组合,为了避免不必要的重复,本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外,本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合,只要其不违背本发明的思想,其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (9)

1.一种一维结构的二氧化锰纳米管@Ni-Co LDH纳米笼核壳复合材料,其特征在于,包括核和包覆于所述核的外部的壳,所述核为MnO2纳米管,所述壳为Ni-Co LDH中空纳米笼,其中,所述Ni-Co LDH中空纳米笼是由层状Ni-Co双氢氧化物组成的中空纳米笼。
2.一种如权利要求1所述的一维结构的二氧化锰纳米管@Ni-Co LDH纳米笼核壳复合材料的制备方法,其特征在于,包括:
1)将MnO2纳米管@ZIF-67分散于有机溶剂中形成混合溶液A;
2)将镍源分散于有机溶剂中形成混合溶液B;
3)将所述混合溶液A、混合溶液B混合后进行接触反应,接着后处理以制得所述一维结构的二氧化锰纳米管@Ni-Co LDH纳米笼核壳复合材料;
其中,MnO2纳米管@ZIF-67由核和包覆于所述核的外部的壳组成,所述核为MnO2纳米管,所述壳为ZIF-67多面体。
3.根据权利要求2所述的制备方法,其中,所述MnO2纳米管@ZIF-67、镍源的重量比为0.05g:0.05-0.1g。
4.根据权利要求2所述的制备方法,其中,在步骤1)中,所述MnO2纳米管@ZIF-67、有机溶剂的用量比为0.05g:5-10mL;
在步骤2)中,所述镍源、有机溶剂的用量比为0.05-0.1g:10-20mL。
5.根据权利要求2所述的制备方法,其中,所述镍源选自六水合硝酸钴、氯化镍和硫酸镍中的至少一者;
优选地,所述有机溶剂选自甲醇、乙醇和N,N-二甲基甲酰胺中的至少一者;
更优选地,所述MnO2纳米管@ZIF-67的平均直径为300-400nm,Ni-Co LDH纳米笼的平均直径为80-150nm。
6.根据权利要求2所述的制备方法,其中,在步骤1)和2)中,所述分散采用超声震荡的方式,且超声时间为3-15min。
7.根据权利要求2所述的制备方法,其中,在步骤3)中,所述接触反应满足以下条件:采用回流法或溶剂热法进行,反应时间为2.5-5h,反应温度为70-90℃。
8.根据权利要求2所述的制备方法,其中,在步骤3)中,所述后处理包括:将反应体系进行离心分离,接着将离心后的沉淀物进行洗涤,然后干燥。
9.一种如权利要求1所述的一维结构的二氧化锰纳米管@Ni-Co LDH纳米笼核壳复合材料在超级电容器电极材料中的应用。
CN201811267768.XA 2018-10-29 2018-10-29 一维结构的二氧化锰纳米管@Ni-Co LDH纳米笼核壳复合材料及其制备方法和应用 Active CN109411240B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811267768.XA CN109411240B (zh) 2018-10-29 2018-10-29 一维结构的二氧化锰纳米管@Ni-Co LDH纳米笼核壳复合材料及其制备方法和应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811267768.XA CN109411240B (zh) 2018-10-29 2018-10-29 一维结构的二氧化锰纳米管@Ni-Co LDH纳米笼核壳复合材料及其制备方法和应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109411240A true CN109411240A (zh) 2019-03-01
CN109411240B CN109411240B (zh) 2020-10-16

Family

ID=65469454

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811267768.XA Active CN109411240B (zh) 2018-10-29 2018-10-29 一维结构的二氧化锰纳米管@Ni-Co LDH纳米笼核壳复合材料及其制备方法和应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109411240B (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110310838A (zh) * 2019-07-03 2019-10-08 安徽师范大学 一种中空纳米笼复合材料及其制备方法和应用
CN112054214A (zh) * 2020-09-02 2020-12-08 山东大学 一种中空LDH/MnO2纳米笼复合材料及其制备方法与应用
CN112490422A (zh) * 2020-11-10 2021-03-12 华南理工大学 一种棒状多孔四氧化三钴/纳米管二氧化锰负极材料及其制备方法与应用

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103500668A (zh) * 2013-09-30 2014-01-08 武汉理工大学 MoO2/Co(OH)2分级复合纳米材料及其制备方法和应用
CN105097299A (zh) * 2015-07-16 2015-11-25 安泰科技股份有限公司 四氧化三钴/NiCoAl双层氢氧化物复合材料及其制备方法
CN105304349A (zh) * 2015-10-15 2016-02-03 安徽师范大学 一种超级电容器电极MnO2@Ni-Al LDH复合材料的制备方法
CN106449176A (zh) * 2016-11-22 2017-02-22 安徽师范大学 一维二氧化锰@钴酸镍核壳异质结构复合材料及其制备方法以及应用
CN106898748A (zh) * 2017-03-17 2017-06-27 成都新柯力化工科技有限公司 一种壳核结构的三元锂镍钴锰电池电极材料的制备方法
KR101763516B1 (ko) * 2016-03-10 2017-08-01 영남대학교 산학협력단 3차원 니켈폼 상의 계층적 메조기공 구조의 NiCo2S4/MnO2 중심-껍질(core-shell) 배열 복합체 및 이의 제조방법

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103500668A (zh) * 2013-09-30 2014-01-08 武汉理工大学 MoO2/Co(OH)2分级复合纳米材料及其制备方法和应用
CN105097299A (zh) * 2015-07-16 2015-11-25 安泰科技股份有限公司 四氧化三钴/NiCoAl双层氢氧化物复合材料及其制备方法
CN105304349A (zh) * 2015-10-15 2016-02-03 安徽师范大学 一种超级电容器电极MnO2@Ni-Al LDH复合材料的制备方法
KR101763516B1 (ko) * 2016-03-10 2017-08-01 영남대학교 산학협력단 3차원 니켈폼 상의 계층적 메조기공 구조의 NiCo2S4/MnO2 중심-껍질(core-shell) 배열 복합체 및 이의 제조방법
CN106449176A (zh) * 2016-11-22 2017-02-22 安徽师范大学 一维二氧化锰@钴酸镍核壳异质结构复合材料及其制备方法以及应用
CN106898748A (zh) * 2017-03-17 2017-06-27 成都新柯力化工科技有限公司 一种壳核结构的三元锂镍钴锰电池电极材料的制备方法

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
XIAODONG HAO等: ""Engineering one-dimensional and two-dimensional birnessite manganese dioxides on nickel foam-supported cobalt–aluminum layered double hydroxides for advanced binder-free supercapacitors"", 《RSC ADVANCES》 *
ZENG PENG DIAO等: ""Facile synthesis of CoAl-LDH/MnO2 hierarchical nanocomposites for high-performance supercapacitors"", 《CERAMICS INTERNATIONAL》 *
ZHEN JIANG等: ""LDH nanocages synthesized with MOF templates and their high performance as supercapacitors"", 《NANOSCALE》 *
ZHIPENG MA等: ""Fabrication of High-Performance All-Solid-State Asymmetric Supercapacitors Based on Stable α-MnO2@ NiCo2O4 Core-Shell Heterostructure and 3D-Nanocage N-Doped Porous Carbon"", 《ACS SUSTAINABLE CHEMISTRY & ENGINEERING》 *
罗浩: ""ZIF-67衍生双金属氢氧化物复合材料的制备与电容性能研究"", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110310838A (zh) * 2019-07-03 2019-10-08 安徽师范大学 一种中空纳米笼复合材料及其制备方法和应用
CN110310838B (zh) * 2019-07-03 2021-04-13 安徽师范大学 一种中空纳米笼复合材料及其制备方法和应用
CN112054214A (zh) * 2020-09-02 2020-12-08 山东大学 一种中空LDH/MnO2纳米笼复合材料及其制备方法与应用
CN112490422A (zh) * 2020-11-10 2021-03-12 华南理工大学 一种棒状多孔四氧化三钴/纳米管二氧化锰负极材料及其制备方法与应用

Also Published As

Publication number Publication date
CN109411240B (zh) 2020-10-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Bai et al. In‐Situ Fabrication of MOF‐Derived Co− Co Layered Double Hydroxide Hollow Nanocages/Graphene Composite: A Novel Electrode Material with Superior Electrochemical Performance
CN105097299B (zh) 四氧化三钴/NiCoAl双层氢氧化物复合材料及其制备方法
CN109461591A (zh) 二氧化锰纳米管@Ni-Co LDH/二硫化钴纳米笼复合材料及其制备方法和应用
CN104362001B (zh) 二氧化锰/石墨烯/多孔碳复合材料的制备及其作为超级电容器电极材料的应用
CN105914051B (zh) 一维MnO2@NiMoO4核壳异质结复合材料及其制备方法和应用
CN109411240A (zh) 一维结构的二氧化锰纳米管@Ni-Co LDH纳米笼核壳复合材料及其制备方法和应用
CN108411324A (zh) 一种硫氮共掺杂石墨烯负载硫化钴镍催化材料及制备与应用
CN107293414A (zh) 同晶型、高性能的钴酸镍@钴酸镍核壳结构材料及其制备方法和应用
CN108470628B (zh) 一种复合电极材料及其制备方法
CN103943371B (zh) 掺氮石墨烯包覆羟基氧化锰纳米线复合材料及其制备方法
CN104261489B (zh) 六边形β–氢氧化钴纳米片及其制备方法、超级电容器及其电极
CN109087815A (zh) 一维钼酸钴@氢氧化镍核壳纳米空心管复合材料及其制备方法和应用
CN108773859A (zh) 一种硫化纳米材料及其制备方法和应用
Pi et al. Hierarchical porous activated carbon in OER with high efficiency
CN106994357A (zh) 一种钨掺杂的二硫化钼材料及其合成方法
CN109449009A (zh) 一维二氧化锰纳米管@zif-67核壳异质结构复合材料及其制备方法和应用
CN106268798A (zh) 用于甲酸氧化的Pd/WO3‑RGO催化剂及其制备方法
CN110061249A (zh) 一种ZIF-67碳化物负载纳米CeO2的氧还原催化剂的制备方法
CN109939685A (zh) NiO/C@NiFeLDH复合材料及其制备方法和应用
Xu et al. Enhanced ethanol electro-oxidation on CeO2-modified Pt/Ni catalysts in alkaline solution
CN110265678A (zh) 一种具有核壳结构的NiO@NC双功能电催化剂的制备方法及其应用
CN109411238A (zh) 一种层状双氢氧化物复合电极材料及其制备方法和用途
CN107017092A (zh) 一种一维MnO2@NiO核壳异质结复合材料及其制备方法和应用
Tang et al. Hemispherical flower-like N-doped porous carbon/NiCo2O4 hybrid electrode for supercapacitors
Aasen et al. Zn‐Based Oxides Anchored to Nitrogen‐Doped Carbon Nanotubes as Efficient Bifunctional Catalysts for Zn‐Air Batteries

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