一种非晶纳米晶CoNiLDH/Ni(OH)2纳米片@多层石墨烯复合材料及制备方法和超级电容器

本发明属于材料，特别涉及一种非晶纳米晶coni ldh/ni(oh)2纳米片@多层石墨烯复合材料及制备方法和超级电容器，在超级电容器领域具有应用前景。

背景技术：

1、超级电容器是一种能量存储设备，具有更高的功率密度和更长的循环寿命，但能量密度比锂离子电池低的多。获得更高的比能量密度是目前的研究热点。过渡金属的氧化还原反应可以提供赝电容，可以大大提高超级电容器的储能能力。

2、nico ldh和ni(oh)2是目前研究较多的超级电容器材料。相比而言，ni(oh)2的比电容更高，而nico ldh由于co的引入，储能循环稳定性更高。通过两者的协同效应，可以进一步提高比容量、倍率性能和循环稳定性。已有的两者复合采用的都是一种材料生长在另一种材料的表面。从而获得良好的电化学性能。然而这种复合基本是两种片之间复合，因而接触面小。

3、同时，nico ldh和ni(oh)2都是一种导电性能差的化合物，因此，需要与导电性能良好的材料复合。已有的与石墨烯复合的研究主要都是采用氧化石墨烯作为基底，通过氧化石墨烯表面的含氧官能团制备氢氧化物。然而氧化石墨烯表面的含氧官能团的引入需要强氧化剂处理，提高了制备成本。同时，石墨烯表面的氧化处理，使石墨烯的导电性能大大降低，影响了复合材料的导电性能。还有的复合材料的研究主要采用导电碳布、碳纤维布或泡沫镍作为基底，制备过程基本采用水热法制备。制备过程复杂、制备效率低。

技术实现思路

1、本发明公开了一种非晶纳米晶coni ldh/ni(oh)2纳米片@多层石墨烯复合材料及其制备方法，采用机械剥离的多层石墨烯作为碳基底，通过化学沉积方法，可以直接在多层石墨烯表面沉积coni ldh/ni(oh)2纳米片。coni ldh/ni(oh)2纳米片均匀的分布在多层石墨烯表面，垂直于多层石墨烯表面生长，组成多孔膜。纳米片内存在着coni ldh和ni(oh)2纳米晶和非晶，纳米晶的尺寸在3nm以下。该复合材料将coni ldh和ni(oh)2纳米晶和非晶组装成片状，并进一步在多层石墨烯上组装，具有优异的超级电容器性能，制备过程简单，效率高。

2、为了解决现有技术存在的技术问题，本发明的技术方案如下：

3、一种非晶纳米晶coni ldh/ni(oh)2纳米片@多层石墨烯复合材料，coni ldh/ni(oh)2纳米片均匀的分布在多层石墨烯表面，垂直于多层石墨烯表面生长，组成多孔膜；coni ldh/ni(oh)2纳米片由非晶和纳米晶coni ldh和ni(oh)2组成，纳米晶的尺寸在3nm以下；多层石墨烯是膨胀石墨通过超声剥离的方法获得，其厚度在3-6nm，多层石墨烯表面没有经过氧化处理，表面没有含氧官能团，表面平整，导电性能优良。

4、作为进一步的改进方案，纳米片中存在edta分子和氯离子，氯离子作为ldh的层间平衡阴离子和oh-的置换离子，edta作为连接分子。

5、作为进一步的改进方案，每一个纳米片内存在nico ldh和ni(oh)2纳米晶和非晶，两者之间接触面积大；coni ldh/ni(oh)2纳米片均匀的分布在多层石墨烯表面，垂直于多层石墨烯表面生长，组成多孔膜。

6、作为进一步的改进方案，该复合材料在0-0.42v的电势区间的比电容达到2280f/g。

7、本发明还公开了非晶纳米晶coni ldh/ni(oh)2纳米片@多层石墨烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：

8、s1：量取体积比为8:2的dmf与去离子水，混合均匀后作为混合溶剂a；加入膨胀石墨到混合溶剂a中，200w超声功率的超声机超声4小时后得到多层石墨分散液b，膨胀石墨相对于混合溶剂a的浓度为1～2mg/ml。

9、s2：称取六水氯化镍(nicl2·6h2o)、六水氯化钴(cocl2·6h2o)和乙二胺四乙酸二钠(edta-2na)加入b液中得到c液。其中nicl2·6h2o相对于混合溶剂a的浓度为：18～30mg/ml，cocl2·6h2o相对于nicl2·6h2o的摩尔比为1:2.5～1:4.3。edta-2na相对于混合溶剂a的浓度为：1.5～2.5mg/ml。将c液在常温下磁力搅拌器搅拌15分钟，转速300转/分钟。

10、s3：加入氨水，随后将c液转移到90℃恒温水浴锅中磁力搅拌反应5小时，搅拌速度为500转/分钟。氨水与混合溶剂a的体积比为：0.015:1～0.022:1。

11、s4：反应结束后取出c液，冷却至室温后进行离心清洗。离心清洗采用3次去离子水，3次无水乙醇；清洗后的产物放置于70℃恒温烘箱中干燥24小时，干燥后得到本发明复合材料。

12、作为进一步的改进方案，采用化学浴沉积方法。

13、作为进一步的改进方案，乙二胺四乙酸二钠的络合作用及ni、co的比例是纳米片近垂直于多层石墨烯表面生长形成网状结构；同时，乙二胺四乙酸二钠对形成coni ldh、ni(oh)2非晶纳米晶起关键作用。

14、本发明还公开了一种超级电容器，该超级电容器的正极材料采用权1至4中任一种复合材料。

15、相对于现有技术，本发明的有益效果如下：

16、(1)本发明采用的碳基底为多层石墨烯，多层石墨烯由超声法制备。与氧化石墨烯相比，具有制备过程简单，成本低的特点，同时，多层石墨烯表面没有被氧化，具有较高的导电性能。

17、(2)本发明不需要对多层石墨烯表面进行活化处理，即能沉积非晶纳米晶conildh/ni(oh)2纳米片。

18、(3)本发明制备的复合材料一步法制备，制备效率高。

19、(4)本发明nico ldh和ni(oh)2处于同一纳米片内，都为纳米晶和非晶，接触面积大，协同效应强，提高了比容量和循环稳定性。

20、(5)coni ldh/ni(oh)2纳米片均匀的分布在多层石墨烯表面，垂直于多层石墨烯表面生长，组成多孔膜。电解液与活性成份接触面积大。

21、(6)coni ldh和ni(oh)2为纳米晶和非晶，活性高，可逆性好。

技术特征：

1.一种非晶纳米晶coni ldh/ni(oh)2纳米片@多层石墨烯复合材料，其特征在于，conildh/ni(oh)2纳米片均匀的分布在多层石墨烯表面，垂直于多层石墨烯表面生长，组成多孔膜；coni ldh/ni(oh)2纳米片由非晶和纳米晶coni ldh和ni(oh)2组成，纳米晶的尺寸在3nm以下；多层石墨烯是膨胀石墨通过超声剥离的方法获得，其厚度在3-6nm，多层石墨烯表面没有经过氧化处理，表面没有含氧官能团，表面平整，导电性能优良。

2.根据权利要求1所述的非晶纳米晶coni ldh/ni(oh)2纳米片@多层石墨烯复合材料，其特征在于，纳米片中存在edta分子和氯离子，氯离子作为ldh的层间平衡阴离子和oh-的置换离子，edta作为连接分子。

3.根据权利要求1所述的非晶纳米晶coni ldh/ni(oh)2纳米片@多层石墨烯复合材料，其特征在于，每一个纳米片内存在nico ldh和ni(oh)2纳米晶和非晶，两者之间接触面积大；coni ldh/ni(oh)2纳米片均匀的分布在多层石墨烯表面，垂直于多层石墨烯表面生长，组成多孔膜。

4.根据权利要求1所述的非晶纳米晶coni ldh/ni(oh)2纳米片@多层石墨烯复合材料，其特征在于，该复合材料在0-0.42v的电势区间的比电容达到2280f/g。

5.一种非晶纳米晶coni ldh/ni(oh)2纳米片@多层石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的非晶纳米晶coni ldh/ni(oh)2纳米片@多层石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，采用化学浴沉积方法。

7.根据权利要求5所述的非晶纳米晶coni ldh/ni(oh)2纳米片@多层石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，乙二胺四乙酸二钠的络合作用及ni、co的比例是纳米片近垂直于多层石墨烯表面生长形成网状结构；同时，乙二胺四乙酸二钠对形成coni ldh、ni(oh)2非晶纳米晶起关键作用。

8.一种超级电容器，其特征在于，该超级电容器的正极材料采用权1至4中任一种复合材料。

技术总结
本发明公开了一种非晶纳米晶CoNi LDH/Ni(OH)<subgt;2</subgt;纳米片@多层石墨烯复合材料及制备方法和超级电容器，该复合材料由多层石墨烯基底和均匀分布在其表面的CoNi LDH(层状双金属氢氧化物)/Ni(OH)<subgt;2</subgt;纳米片组成。其中，多层石墨烯是膨胀石墨通过超声剥离的方法获得，其厚度主要在3‑6nm左右，多层石墨烯表面没有经过氧化处理，表面没有含氧官能团，表面平整，导电性能优良。CoNi LDH/Ni(OH)<subgt;2</subgt;纳米片均匀的分布在多层石墨烯表面，垂直于多层石墨烯表面生长，组成多孔膜。CoNi LDH/Ni(OH)<subgt;2</subgt;纳米片由非晶和纳米晶CoNi LDH和Ni(OH)<subgt;2</subgt;组成，纳米晶的尺寸在3nm以下。采用本发明技术方案，方法简单、成本低，在作为超级电容器正极材料时，具有优异的电化学性能，具有良好的应用前景。

技术研发人员：徐军明,何文毅,胡晓萍,武军,吴建锋
受保护的技术使用者：杭州电子科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15