CN112885616A - 一种柔性多孔纳米材料及其制备方法与应用 - Google Patents
一种柔性多孔纳米材料及其制备方法与应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112885616A CN112885616A CN202110055887.4A CN202110055887A CN112885616A CN 112885616 A CN112885616 A CN 112885616A CN 202110055887 A CN202110055887 A CN 202110055887A CN 112885616 A CN112885616 A CN 112885616A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- nico
- flexible porous
- preparation
- cfc
- flexible
- 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
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 title claims abstract description 45
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 22
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 claims abstract description 55
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 35
- 229910005949 NiCo2O4 Inorganic materials 0.000 claims abstract description 29
- 229910003266 NiCo Inorganic materials 0.000 claims abstract description 15
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 10
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 claims description 52
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 47
- VKYKSIONXSXAKP-UHFFFAOYSA-N hexamethylenetetramine Chemical compound C1N(C2)CN3CN1CN2C3 VKYKSIONXSXAKP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 28
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 claims description 24
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 claims description 20
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 18
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 18
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 239000008103 glucose Substances 0.000 claims description 16
- 235000010299 hexamethylene tetramine Nutrition 0.000 claims description 14
- 239000004312 hexamethylene tetramine Substances 0.000 claims description 14
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 14
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 claims description 12
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 12
- 238000001354 calcination Methods 0.000 claims description 10
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 10
- 229910021380 Manganese Chloride Inorganic materials 0.000 claims description 9
- GLFNIEUTAYBVOC-UHFFFAOYSA-L Manganese chloride Chemical compound Cl[Mn]Cl GLFNIEUTAYBVOC-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 9
- 229910000361 cobalt sulfate Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 229940044175 cobalt sulfate Drugs 0.000 claims description 9
- KTVIXTQDYHMGHF-UHFFFAOYSA-L cobalt(2+) sulfate Chemical compound [Co+2].[O-]S([O-])(=O)=O KTVIXTQDYHMGHF-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 9
- 239000011565 manganese chloride Substances 0.000 claims description 9
- LGQLOGILCSXPEA-UHFFFAOYSA-L nickel sulfate Chemical compound [Ni+2].[O-]S([O-])(=O)=O LGQLOGILCSXPEA-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 9
- 229910000363 nickel(II) sulfate Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 229960004011 methenamine Drugs 0.000 claims description 8
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 7
- 229910002554 Fe(NO3)3·9H2O Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 6
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 5
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 claims description 4
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 claims description 4
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 3
- WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N beta-D-glucose Chemical compound OC[C@H]1O[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N 0.000 claims 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 abstract description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 9
- 238000002484 cyclic voltammetry Methods 0.000 description 8
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 6
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 description 6
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 5
- 239000006258 conductive agent Substances 0.000 description 5
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 5
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 5
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 5
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000011257 shell material Substances 0.000 description 5
- 238000010277 constant-current charging Methods 0.000 description 4
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 4
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 4
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 description 4
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 4
- NUJOXMJBOLGQSY-UHFFFAOYSA-N manganese dioxide Inorganic materials O=[Mn]=O NUJOXMJBOLGQSY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000004729 solvothermal method Methods 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- UBEWDCMIDFGDOO-UHFFFAOYSA-N cobalt(II,III) oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Co+2].[Co+3].[Co+3] UBEWDCMIDFGDOO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 3
- -1 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 3
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 3
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 3
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 3
- WOCIAKWEIIZHES-UHFFFAOYSA-N ruthenium(iv) oxide Chemical compound O=[Ru]=O WOCIAKWEIIZHES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 3
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 2
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 2
- 229910000000 metal hydroxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000004692 metal hydroxides Chemical class 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 238000006479 redox reaction Methods 0.000 description 2
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 2
- 229910000314 transition metal oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910002551 Fe-Mn Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910015136 FeMn Inorganic materials 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 1
- 150000004649 carbonic acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 150000001868 cobalt Chemical class 0.000 description 1
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 1
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000003487 electrochemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005518 electrochemistry Effects 0.000 description 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 1
- 238000010041 electrostatic spinning Methods 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 1
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002815 nickel Chemical class 0.000 description 1
- GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N nickel(II) oxide Inorganic materials [Ni]=O GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000033116 oxidation-reduction process Effects 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 239000012716 precipitator Substances 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 1
- 230000001988 toxicity Effects 0.000 description 1
- 231100000419 toxicity Toxicity 0.000 description 1
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- 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
-
- 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
- H01G11/32—Carbon-based
- H01G11/36—Nanostructures, e.g. nanofibres, nanotubes or fullerenes
-
- 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
- H01G11/84—Processes for the manufacture of hybrid or EDL capacitors, or components thereof
- H01G11/86—Processes for the manufacture of hybrid or EDL capacitors, or components thereof specially adapted for electrodes
-
- 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)
- Power Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
- Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
Abstract
本发明涉及一种柔性多孔纳米材料及其制备方法与应用，该纳米材料以柔性碳纤维为载体，以NiCo2O4为核，以葡萄糖插入式的层状双金属FeMn‑GS‑LDH材料为壳。制备方法为先在柔性碳纤维上制备NiCo2O4，然后以NiCo2O4作为核，在其表面制备葡萄糖插入式的层状双金属FeMn‑GS‑LDH材料作为壳。可将该纳米材料应用到能源设备技术领域。与现有技术相比，本发明纳米材料性能优异，原料价格低廉，制备方法简单且环境友好。
Description
技术领域
本发明涉及电化学和纳米材料技术领域，具体涉及一种柔性多孔纳米材料及其制备方法与应用。
背景技术
过渡金属氧化物通常具有多种氧化态，这有利于在电极表面发生快速可逆的氧化还原反应，从而产生更高的比电容值。近年来，过渡金属氧化物被作为超级电容器电极材料得到了广泛的研究，例如RuO2，NiO，Co3O4，MnO2等。虽然RuO2具有极好的电化学性能，但是高成本与毒性限制了其大规模的应用。而NiO，Co3O4和MnO2等较低的电导率同样使超级电容器很难得到高的比容量和能量密度。
多元(混合)金属氧化物，特别是具有两种不同金属离子的二元金属氧化物，近年来得到了大量的关注和研究。相比于一元金属氧化物，二元金属氧化物往往具有更高的电导率和更高的电化学活性。NiCo2O4是目前研究和应用最多的二元金属氧化物，它的电导率(10-1～10S·cm-1)远远高于NiO和Co3O4(10-3～10-2S·cm-1)以及MnO2(10-6～10-5S·cm-1)，并且Ni和Co离子的同时存在使得它也有着更高的电化学活性，可以提供更多的电化学反应。此外，镍和钴都是储量丰富的过渡金属元素，而且NiCo2O4对环境没有污染，是一种非常有应用前景的超级电容器电极材料。
发明专利CN109449011A公开了一种以碳纤维为支撑体生长针状网络结构钴酸镍柔性电极的制备方法，将PAN溶液采用静电纺丝法制备碳纤维前驱体，然后预氧化处理，再在低温下碳化处理，得到柔性碳纤维；然后将柔性碳纤维浸在镍盐和钴盐的混合溶液中，以尿素为沉淀剂，进行水热反应，最后煅烧。该发明操作简单，成本低，所制备的碳纤维基底柔性好，纤维之间空间大且含有的含氧官能团使其不需多余的表面处理，针状钴酸镍生长成独特的网络结构且均匀分布在柔性碳纤维骨架结构中，柔性电极材料结合了碳材料良好的循环稳定性和钴酸镍高的能量密度和比电容，从整体上提高了电极的电化学性能，使用寿命也得到显著提升。但是，其电荷转移速率、活性位点仍需要进一步提升，这对于用于超级电容器上材料的电化学性能有着显著的影响，因此能源电极材料的结构设计显得至关重要。
发明内容
本发明的目的是提供一种柔性多孔纳米材料及其制备方法与应用，具有优异的性能且价格低廉，环境友好。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种柔性多孔纳米材料，以柔性碳纤维为载体，以NiCo2O4为核，以葡萄糖插入式的层状双金属FeMn-GS-LDH材料为壳。
在本发明中，FeMn层状双金属氢氧化合物(LDH)提供了规整的结构以及大比表面积，且GS的插入可以使得层状间距进一步增大，从而增加了电荷转移的速率，提高了在储能器件上的应用前景。
一种上述柔性多孔纳米材料的制备方法，先在柔性碳纤维上制备NiCo2O4，然后以NiCo2O4作为核，在其表面制备葡萄糖插入式的层状双金属FeMn-GS-LDH材料作为壳。
进一步地，该制备方法具体包括以下步骤：
(1)将清洁的柔性碳纤维放入硫酸镍和硫酸钴的混合溶液中，加入尿素，在一定温度下反应数小时；
(2)然后进行水热反应，得到NiCo2O4/CFC；
(3)将NiCo2O4/CFC、Fe(NO3)3·9H2O、MnCl2·4H2O、六次甲基四胺(HMT)和葡萄糖(GS)置于去离子水中，室温下搅拌10～14h，然后进行水热反应，得到FeMn-GS-LDH@NiCo2O4/CFC柔性多孔纳米材料。
步骤(1)所述的混合溶液中硫酸镍、硫酸钴和尿素的摩尔比为1:1.5～2.5:4.5～5.5。
所述的反应温度为80～100℃，反应时间为8～12h。此时，尿素水解，与溶液中的Ni2+和Co2+发生反应，可均匀缓慢析出纯净的颗粒大小一致的金属碳酸盐化合物，克服了由外部直接加入沉淀剂而导致沉淀剂的局部不均匀性。
步骤(2)所述的水热反应温度为110～130℃，反应时间为10～14h。作为核的NiCo2O4多孔纳米结构阵列的制备，是通过水热反应合成，并在没有导电剂和粘结剂的添加基础上，成功制备在柔性CFC(碳纤维)上。
步骤(2)所述的水热反应结束后，将产物冷却、离心、清洗、烘干并煅烧，得到NiCo2O4/CFC。
进一步地，所述的清洗过程具体为采用去离子水和乙醇多次清洗，烘干温度为50～70℃，由于前驱体制备中采用的是尿素，因此产物以碳酸盐为主，煅烧温度为300～500℃，煅烧时间为1～3h。
步骤(3)所述的Fe(NO3)3·9H2O和MnCl2·4H2O的摩尔比为1～5:1；六次甲基四胺和葡萄糖的摩尔比为1:0.05～4。
步骤(3)所述的水热反应温度为80℃～160℃，时间8～24h；
步骤(3)所述的水热反应结束后，将产物用去离子水和乙醇多次清洗，然后在50～70℃烘干，得到FeMn-GS-LDH@NiCo2O4/CFC柔性多孔纳米材料。
一种上述柔性多孔纳米材料的应用，将所述的柔性多孔纳米材料应用到能源设备中；所述的能源设备包括储能器件。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1.本发明采用两步法合成NiCo2O4纳米材料，分别为水解法和溶剂热法，方法简便，便于操作，同时直接作用在柔性CFC，避免了粘结剂和导电剂的使用，提高了材料的利用率；
2.本发明制备的NiCo2O4纳米材料孔隙较多，犹如蜂窝状，能够增加电解液与材料离子充分接触，加快氧化还原反应；
3.本发明Fe-Mn层状双金属氢氧化合物(LDH)提供了规整的结构以及大比表面积，且GS的插入可以使得层状间距进一步增大，从而增加了电荷转移的速率，提高了在储能器件上的应用前景；
4.本发明制备的FeMn-GS-LDH@NiCo2O4/CFC纳米材料具有高的比电容，说明该材料具有优异的导电性，可以应用到能源设备中；
5.本发明原料来源广泛，价格低廉，环境友好。
附图说明
图1为实施例1制得的FeMn-GS-LDH@NiCo2O4/CFC柔性多孔纳米材料在1μm下的SEM图；
图2为实施例1制得的FeMn-GS-LDH@NiCo2O4/CFC柔性多孔纳米材料在10μm下的SEM图；
图3为实施例1制得的FeMn-GS-LDH@NiCo2O4/CFC柔性多孔纳米材料的CV图；
图4为实施例1制得的FeMn-GS-LDH@NiCo2O4/CFC柔性多孔纳米材料的GCD图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
一种柔性多孔纳米材料的制备方法，具体如下：
NiCo2O4多孔纳米结构阵列的制备是通过水解和溶剂热反应合成，并在没有导电剂和粘结剂的添加的基础上，成功制备在CFC载体上。首先将清洁的CFC(柔性碳纤维)放入硫酸镍、硫酸钴溶液中，加入尿素，90℃下反应10小时，然后再转移到40ml聚四氟乙烯内衬不锈钢高压釜中进行水热反应，待反应结束冷却，离心，用去离子水和乙醇进行多次清洗，置于60℃的真空干燥箱中烘干，然后在300～500℃空气氛围中煅烧2小时，得到核NiCo2O4/CFC。然后再将NiCo2O4/CFC，1mmol Fe(NO3)3·9H2O，1mmol MnCl2·4H2O，0.2mmol HMT(六次甲基四胺)，0.1mmol GS(葡萄糖)置于去离子水中，室温下搅拌12h，然后移入水热釜中，80℃下反应8h。反应完成后，样品同样用去离子水和乙醇依次清洗三次后置于60℃的真空干燥箱中烘干，制得FeMn-GS-LDH壳材料，即最终在柔性的CFC作为载体基础上制得FeMn-GS-LDH@NiCo2O4/CFC柔性多孔纳米材料。
经辰华CHI760e电化学工作站采用循环伏安法和恒流充放电的方法，检测该材料的比电容和循环稳定的性能，循环伏安法测试中可以看出，随着扫描速率的增大，氧化峰和还原峰都发生了相应的偏移且曲线形状基本不变，再结合GCD曲线，充分表明本发明所述材料具有良好的氧化还原可逆性和离子电导率，也显示了材料具备优异的氧化还原能力和稳定性。利用电子扫描显微镜观察该材料的表面微观结构，发现材料呈现围墙式片状的结构，为超电材料的高比表面积提供了基础。在2M KOH溶液中和在1A/g的电流密度下，本实施例柔性多孔纳米材料的比电容达到了1342F/g。
实施例2
一种柔性多孔纳米材料的制备方法，具体如下：
NiCo2O4多孔纳米结构阵列的制备是通过水解和溶剂热反应合成，并在没有导电剂和粘结剂的添加的基础上，成功制备在CFC载体上。首先将清洁的CFC(柔性碳纤维)放入硫酸镍、硫酸钴溶液中，加入尿素，90℃下反应10小时，然后再转移到40ml聚四氟乙烯内衬不锈钢高压釜中进行水热反应，待反应结束冷却，离心，用去离子水和乙醇进行多次清洗，置于60℃的真空干燥箱中烘干，然后在300～500℃空气氛围中煅烧2小时，得到核NiCo2O4/CFC。然后再将NiCo2O4/CFC，3mmol Fe(NO3)3·9H2O，1mmol MnCl2·4H2O，0.5mmol HMT(六次甲基四胺)，0.3mmol GS(葡萄糖)置于去离子水中，室温下搅拌12h，然后移入水热釜中，100℃下反应10h。反应完成后，样品同样用去离子水和乙醇依次清洗三次后置于60℃的真空干燥箱中烘干，制得FeMn-GS-LDH壳材料，即最终在柔性的CFC作为载体基础上制得FeMn-GS-LDH@NiCo2O4/CFC柔性多孔纳米材料。
经辰华CHI760e电化学工作站采用循环伏安法和恒流充放电的方法，检测该材料的比电容和循环稳定性的性能，循环伏安法测试，显示了材料具备优异的氧化还原能力。利用电子扫描显微镜观察该材料的表面微观结构，发现材料呈现围墙式片状的结构，为超电材料的高比表面积提供了基础。在2M KOH溶液中和在0.5A/g的电流密度下，本实施例柔性多孔纳米材料的比电容达到了2025F/g。
实施例3
一种柔性多孔纳米材料的制备方法，具体如下：
NiCo2O4多孔纳米结构阵列的制备是通过水解和溶剂热反应合成，并在没有导电剂和粘结剂的添加的基础上，成功制备在CFC载体上。首先将清洁的CFC(柔性碳纤维)放入硫酸镍、硫酸钴溶液中，加入尿素，90℃下反应10小时，然后再转移到40ml聚四氟乙烯内衬不锈钢高压釜中进行水热反应，待反应结束冷却，离心，用去离子水和乙醇进行多次清洗，置于60℃的真空干燥箱中烘干，然后在300～500℃空气氛围中煅烧2小时，得到核NiCo2O4/CFC。然后再将NiCo2O4/CFC，10mmol Fe(NO3)3·9H2O，2mmol MnCl2·4H2O，1mmol HMT(六次甲基四胺)，0.8mmol GS(葡萄糖)置于去离子水中，室温下搅拌12h，然后移入水热釜中，100℃下反应12h。反应完成后，样品同样用去离子水和乙醇依次清洗三次后置于60℃的真空干燥箱中烘干，制得FeMn-GS-LDH壳材料，即最终在柔性的CFC作为载体基础上制得FeMn-GS-LDH@NiCo2O4/CFC电极材料。
经辰华CHI760e电化学工作站采用循环伏安法和恒流充放电的方法，检测该材料的比电容和循环稳定性的性能，循环伏安法测试，显示了材料具备优异的氧化还原能力。利用电子扫描显微镜观察该材料的表面微观结构，发现材料呈现围墙式片状的结构，为超电材料的高比表面积提供了基础。在2M KOH溶液中和在0.5A/g的电流密度下，本实施例柔性多孔纳米材料的比电容达到了1930F/g。
实施例4
一种柔性多孔纳米材料的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)将柔性碳纤维放入硫酸镍和硫酸钴的混合溶液中，加入尿素，在80～100℃下反应8～12h，混合溶液中硫酸镍、硫酸钴和尿素的摩尔比为1:1.5～2.5:4.5～5.5；
(2)然后进行在110～130℃下进行水热反应，反应10～14h，结束后冷却、离心，然后用去离子水和乙醇多次清洗，在50～70℃烘干，最后在300～500℃下煅烧1～3h，得到NiCo2O4/CFC；
(3)将NiCo2O4/CFC、Fe(NO3)3·9H2O、MnCl2·4H2O、HMT(六次甲基四胺)和GS(葡萄糖)置于去离子水中，室温下搅拌10～14h，然后在80～160℃下进行水热反应，反应8～24h，结束后用去离子水和乙醇多次清洗，然后在50～70℃烘干，得到FeMn-GS-LDH@NiCo2O4/CFC柔性多孔纳米材料，其中，Fe(NO3)3·9H2O和MnCl2·4H2O的摩尔比为1～5:1，HMT用量在0.2mmol～2mmol，GS用量在0.1～0.8mmol。
经辰华CHI760e电化学工作站采用循环伏安法和恒流充放电的方法，检测FeMn-GS-LDH@NiCo2O4/CFC柔性多孔纳米材料的比电容和循环稳定性的性能，循环伏安法测试，显示了材料具备优异的氧化还原能力。利用电子扫描显微镜观察该材料的表面微观结构，发现材料呈现围墙式片状的结构，为超电材料的高比表面积提供了基础。在2M KOH溶液中和在0.5A/g的电流密度下，本实施例柔性多孔纳米材料的比电容达到了1835F/g。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种柔性多孔纳米材料，其特征在于，以柔性碳纤维为载体，以NiCo2O4为核，以葡萄糖插入式的层状双金属FeMn-GS-LDH材料为壳。
2.一种如权利要求1所述的柔性多孔纳米材料的制备方法，其特征在于，先在柔性碳纤维上制备NiCo2O4，然后以NiCo2O4作为核，在其表面制备葡萄糖插入式的层状双金属FeMn-GS-LDH材料作为壳。
3.根据权利要求2所述的柔性多孔纳米材料的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
(1)将柔性碳纤维放入硫酸镍和硫酸钴的混合溶液中，加入尿素，在一定温度下反应数小时；
(2)然后进行水热反应，得到NiCo2O4/CFC；
(3)将NiCo2O4/CFC、Fe(NO3)3·9H2O、MnCl2·4H2O、六次甲基四胺和葡萄糖置于去离子水中，进行水热反应，得到FeMn-GS-LDH@NiCo2O4/CFC柔性多孔纳米材料。
4.根据权利要求3所述的柔性多孔纳米材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述的混合溶液中硫酸镍、硫酸钴和尿素的摩尔比为1:1.5～2.5:4.5～5.5；
所述的反应温度为80～100℃，反应时间为8～12h。
5.根据权利要求3所述的柔性多孔纳米材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述的水热反应温度为110～130℃，反应时间为10～14h。
6.根据权利要求3所述的柔性多孔纳米材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述的水热反应结束后，将产物冷却、离心、清洗、烘干并煅烧，得到NiCo2O4/CFC。
7.根据权利要求6所述的柔性多孔纳米材料的制备方法，其特征在于，所述的清洗过程具体为采用去离子水和乙醇多次清洗，烘干温度为50～70℃，煅烧温度为300～500℃，煅烧时间为1～3h。
8.根据权利要求3所述的柔性多孔纳米材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述的Fe(NO3)3·9H2O和MnCl2·4H2O的摩尔比为1～5:1；六次甲基四胺和葡萄糖的摩尔比为1:0.05～4。
9.根据权利要求3所述的柔性多孔纳米材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述的水热反应温度为80℃～160℃，时间8～24h；
步骤(3)所述的水热反应结束后，将产物用去离子水和乙醇多次清洗，然后在50～70℃烘干，得到FeMn-GS-LDH@NiCo2O4/CFC柔性多孔纳米材料。
10.一种如权利要求1所述的柔性多孔纳米材料的应用，其特征在于，将所述的柔性多孔纳米材料应用到能源设备中；所述的能源设备包括储能器件。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110055887.4A CN112885616B (zh) | 2021-01-15 | 2021-01-15 | 一种柔性多孔纳米材料及其制备方法与应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110055887.4A CN112885616B (zh) | 2021-01-15 | 2021-01-15 | 一种柔性多孔纳米材料及其制备方法与应用 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112885616A true CN112885616A (zh) | 2021-06-01 |
| CN112885616B CN112885616B (zh) | 2022-10-14 |
Family
ID=76048266
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110055887.4A Active CN112885616B (zh) | 2021-01-15 | 2021-01-15 | 一种柔性多孔纳米材料及其制备方法与应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112885616B (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113638002A (zh) * | 2021-07-14 | 2021-11-12 | 上海应用技术大学 | 一种FeCo LDH/Ti3C2 MXene/NF复合材料及其制备方法和应用 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104752073A (zh) * | 2015-04-15 | 2015-07-01 | 北京化工大学 | 一种锰铁氧化物/碳复合材料的制备方法 |
| CN109632908A (zh) * | 2019-02-13 | 2019-04-16 | 天津商业大学 | 三维多孔结构C@NiCo2O4@PPy复合材料及其制备方法和应用 |
| CN109767924A (zh) * | 2019-02-16 | 2019-05-17 | 江苏大学 | 一种ldh基超级电容器复合电极材料及制备方法与用途 |
| CN109830377A (zh) * | 2019-03-19 | 2019-05-31 | 西北工业大学 | NiCo2O4@Ni-Co-S纳米片阵列核壳结构材料的制备方法 |
| US20190341199A1 (en) * | 2018-05-03 | 2019-11-07 | Korea Advanced Institute Of Science And Technology | Pseudocapacitive conductive composite, composite including sub-nanoscale particles, and aqueous hybrid capacitor including the same as electrode active material |
| US10854395B1 (en) * | 2020-07-12 | 2020-12-01 | United Arab Emirates University | Asymmetric supercapacitor with hierarchical electrodes |
-
2021
- 2021-01-15 CN CN202110055887.4A patent/CN112885616B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104752073A (zh) * | 2015-04-15 | 2015-07-01 | 北京化工大学 | 一种锰铁氧化物/碳复合材料的制备方法 |
| US20190341199A1 (en) * | 2018-05-03 | 2019-11-07 | Korea Advanced Institute Of Science And Technology | Pseudocapacitive conductive composite, composite including sub-nanoscale particles, and aqueous hybrid capacitor including the same as electrode active material |
| CN109632908A (zh) * | 2019-02-13 | 2019-04-16 | 天津商业大学 | 三维多孔结构C@NiCo2O4@PPy复合材料及其制备方法和应用 |
| CN109767924A (zh) * | 2019-02-16 | 2019-05-17 | 江苏大学 | 一种ldh基超级电容器复合电极材料及制备方法与用途 |
| CN109830377A (zh) * | 2019-03-19 | 2019-05-31 | 西北工业大学 | NiCo2O4@Ni-Co-S纳米片阵列核壳结构材料的制备方法 |
| US10854395B1 (en) * | 2020-07-12 | 2020-12-01 | United Arab Emirates University | Asymmetric supercapacitor with hierarchical electrodes |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| HANCHUN XIA等: "Interlaced NiMn-LDH nanosheet decorated NiCo2O4 nanowire arrays on carbon cloth as advanced electrodes for high-performance flexible solid-state hybrid supercapacitors", 《DALTON TRANSACTIONS》 * |
| SHIXIA CHEN等: "A hierarchical glucose-intercalated NiMn-G-LDH@NiCo2S4 core–shell structure as a binder-free electrode for flexible all-solid-state asymmetric supercapacitors", 《NANOSCALE》 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113638002A (zh) * | 2021-07-14 | 2021-11-12 | 上海应用技术大学 | 一种FeCo LDH/Ti3C2 MXene/NF复合材料及其制备方法和应用 |
| CN113638002B (zh) * | 2021-07-14 | 2023-05-30 | 上海应用技术大学 | 一种FeCo LDH/Ti3C2 MXene/NF复合材料及其制备方法和应用 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN112885616B (zh) | 2022-10-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN112233912B (zh) | 一种泡沫镍载MnCo2O4.5/MXene复合纳米材料的制备方法及应用 | |
| CN110911697A (zh) | 一种过渡金属/氮掺杂多孔碳纳米球电催化剂及制备方法 | |
| CN106914244B (zh) | 一种石墨烯基金属化合物纳米阵列材料制备与应用 | |
| WO2016078509A1 (zh) | 应用于电化学储能装置的电极及其制备方法 | |
| CN111261419B (zh) | 一种氢氧化钴/镍钼硫化物复合超级电容器电极材料及其制备方法和应用 | |
| CN112264018B (zh) | 一种镍钴氧化物纳米片管状催化剂及其制备方法和用途 | |
| CN109559902B (zh) | 一种金属有机框架衍生钴镍硼硫化物材料及其制备方法与应用 | |
| CN106876682A (zh) | 一种具有多孔结构的氧化锰/镍微米球及其制备和应用 | |
| Lu et al. | Rationally designed hierarchical ZnCo2O4/C core-shell nanowire arrays for high performance and stable supercapacitors | |
| KR20160150425A (ko) | 초미세 산화코발트 나노튜브가 삽입된 그래핀복합체 합성방법 | |
| Lu et al. | Free-standing hierarchical Co@ CoO/CNFs/Cu-foam composite based on electrochemical deposition as high-performance supercapacitor electrode | |
| CN111933455A (zh) | 应用于超级电容器的PNT@NiCo-LDH复合材料及其制备方法 | |
| CN110033955B (zh) | 一种基于石墨烯构建镍钴矿二元复合材料的制备方法 | |
| Tang et al. | Hemispherical flower-like N-doped porous carbon/NiCo2O4 hybrid electrode for supercapacitors | |
| CN111268745A (zh) | 一种NiMoO4@Co3O4核壳纳米复合材料、制备方法和应用 | |
| CN112885616B (zh) | 一种柔性多孔纳米材料及其制备方法与应用 | |
| CN110491684A (zh) | 针状花钴镍双金属氢氧化物复合材料及其制备方法和应用 | |
| CN110136969A (zh) | 一种片层堆叠的花球结构的二硒化钼超级电容器电极材料制备方法 | |
| CN111804313B (zh) | Fe2O3@Co9S8双中空核壳结构纳米复合材料制备方法及其应用 | |
| CN111986929A (zh) | 一种锰酸钴/硫化镍核壳阵列结构电极材料的制备方法 | |
| CN112467077A (zh) | 有效增强多种过渡金属氧化物储电性能的普适性电化学改性制备方法 | |
| CN112885613B (zh) | 一种纳米材料及其制备方法与应用 | |
| CN112779550B (zh) | 一种三维微米管状析氢反应电催化剂及其制备方法 | |
| CN110808174B (zh) | 一种超级电容器用Ni3Se4纳米线的制备方法 | |
| CN115346806B (zh) | 基于钴铁锰化合物超级电容器电极材料的制备方法 |
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 |