本發(fā)明涉及元素?fù)诫s納米四氧化三鈷花狀氧化物的制備領(lǐng)域，具體地說，涉及一種在納米四氧化三鈷中原位摻雜鎳元素的復(fù)合材料及制備方法，屬于納米復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

近年來，能源危機(jī)與環(huán)境污染被認(rèn)為是人類面臨的兩大危機(jī)?？稍偕茉吹某掷m(xù)發(fā)展對(duì)滿足能源需求至關(guān)重要，并與人類可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)保持一致。因此，高性能的能量轉(zhuǎn)化與存儲(chǔ)裝置得到迫切的需求與研究。鋰離子電池已被廣泛應(yīng)用于能源存儲(chǔ)及混合電動(dòng)工具，但是商業(yè)化鋰離子電池石墨負(fù)極材料已不能滿足高能量密度的需求。因此，具有較高理論容量的可替代的負(fù)極材料被廣泛研究，如碳硅復(fù)合材料、多孔碳材料及過渡金屬氧化物材料等。過渡金屬氧化物納米材料因具有獨(dú)特的物理化學(xué)性能，因而廣泛應(yīng)用于催化、吸附、能源等領(lǐng)域。

過渡金屬氧化物材料，如氧化銅、氧化鎳、氧化鐵、氧化鈦及四氧化三鈷等，由于其轉(zhuǎn)化反應(yīng)發(fā)生在鋰和過渡金屬氧化物之間，具有較高的理論容量，而被廣泛用于鋰離子電池電極材料的研究。在眾多鈷氧化物的穩(wěn)定相中，四氧化三鈷因其具有很高的可逆容量、優(yōu)異的循環(huán)性能并且價(jià)格低廉，而得到高度關(guān)注及廣泛研究。納米材料的形貌對(duì)性能的影響至關(guān)重要，納米花狀材料不僅可以增加材料的比表面積，進(jìn)行元素?fù)诫s，更可以可有效提高材料的導(dǎo)電性，從而對(duì)電極材料容量及循環(huán)性能的提高起到不可磨滅的作用。

本發(fā)明將超聲化學(xué)法、乙醇蒸發(fā)誘導(dǎo)合成法和原位摻雜法相結(jié)合，將鎳摻雜在四氧化三鈷納米氧化物的晶格中，形貌是由納米片自組裝成的納米花狀結(jié)構(gòu)，產(chǎn)物穩(wěn)定性高，性質(zhì)穩(wěn)定，不僅具備四氧化三鈷納米氧化物的優(yōu)異性能，更在此基礎(chǔ)上提高了導(dǎo)電性。該制備方法操作簡(jiǎn)單，原料成本低廉，反應(yīng)溫度低，并且電化學(xué)性質(zhì)優(yōu)異，可廣泛應(yīng)用于催化、傳感及能量存儲(chǔ)等領(lǐng)域。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明公開了一種鎳摻雜四氧化三鈷納米花復(fù)合材料及其制備方法，提出一種將超聲化學(xué)法、乙醇蒸發(fā)誘導(dǎo)合成法與原位摻雜法相結(jié)合的一種材料制備方法，得到鎳摻雜雜四氧化三鈷納米花復(fù)合材料。

一種鎳摻雜四氧化三鈷納米花復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，先分別將原料進(jìn)行超聲處理，再將兩份溶液混合，攪拌，同時(shí)在攪拌過程中加入尿素，并持續(xù)攪拌一段時(shí)間，其特征在于，該方法的具體步驟為：

（1）稱取一定量的鎳鹽溶于乙醇中，形成溶液a，一定量的鈷鹽溶于乙醇和水的混合溶液中，形成溶液b，將溶液a和溶液b進(jìn)行超聲處理30min；

（2）將溶液a和溶液b混合，攪拌，同時(shí)在攪拌過程中加入一定量的尿素，并持續(xù)一段時(shí)間；

（3）將上述得到的混合溶液，置于聚四氟乙烯反應(yīng)釜中，在100℃～180℃下進(jìn)行水熱反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為3～8小時(shí)；

（4）反應(yīng)結(jié)束后，將沉淀物依次用乙醇、蒸餾水洗滌，在90℃下干燥12小時(shí)；

（5）將上述得到的粉末樣品，置于馬弗爐中在350℃下焙燒2小時(shí)，即得到結(jié)晶性能很好的鎳摻雜四氧化三鈷納米花復(fù)合材料。

步驟（1）中所用的鈷酸鹽為六水合硝酸鈷co(no3)2﹒6h2o或醋酸鈷co(ch3coo)2﹒4h2o或六水合氯化鈷cocl2﹒6h2o中的一種。

步驟（1）中鈷鹽和混合溶液的摩爾比為1:200~500，混合溶液為乙醇和水。

步驟（1）中所用的混合溶液，乙醇和水摩爾比為1:1。

步驟（1）中所用的鎳鹽與鈷鹽的摩爾比為鈷鹽：鎳鹽=1:0.9%~2.3%。

步驟（2）中所用的尿素與鈷鹽的摩爾比為鈷鹽：尿素=1:3~10。

一種鎳摻雜四氧化三鈷納米花復(fù)合材料，其特征在于，根據(jù)上述任一所述方法制備得到。

一種鎳摻雜四氧化三鈷納米花復(fù)合材料的應(yīng)用。

本發(fā)明將超聲化學(xué)法、乙醇蒸發(fā)誘導(dǎo)合成法和原位摻雜法相結(jié)合，將鎳摻雜在四氧化三鈷納米氧化物的晶格中，形貌是由納米片自組裝成的納米花狀結(jié)構(gòu)，產(chǎn)物穩(wěn)定性高，性質(zhì)穩(wěn)定，不僅具備四氧化三鈷納米氧化物的優(yōu)異性能，更在此基礎(chǔ)上提高了導(dǎo)電性。該制備方法操作簡(jiǎn)單，原料成本低廉，反應(yīng)溫度低，并且電化學(xué)性質(zhì)優(yōu)異，可廣泛應(yīng)用于催化、傳感及能量存儲(chǔ)等領(lǐng)域。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1合成的鎳摻雜四氧化三鈷納米花復(fù)合材料的掃描電鏡圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例2合成的鎳摻雜四氧化三鈷納米花復(fù)合材料的掃描電鏡圖。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例3合成的鎳摻雜四氧化三鈷納米花復(fù)合材料的循環(huán)比容量性能圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明通過下面的具體實(shí)例進(jìn)行詳細(xì)描述，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不受限于這些實(shí)施例。

實(shí)施例1：

（1）稱取0.0314g的ni(no3)2﹒6h2o溶于50ml乙醇中，形成溶液a，稱取3.480g的六水合硝酸鈷co(no3)2﹒6h2o溶于25ml乙醇和25ml水的混合溶液中，形成溶液b，將溶液a和溶液b進(jìn)行超聲處理30min；

（2）將溶液a和溶液b混合，攪拌，同時(shí)在攪拌過程中加入4.320g尿素co(nh2)2，并持續(xù)攪拌30min；

（3）將上述得到的混合溶液，置于聚四氟乙烯反應(yīng)釜中，在120℃下進(jìn)行水熱反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為5小時(shí)；

（4）反應(yīng)結(jié)束后，將沉淀物依次用乙醇、蒸餾水洗滌，在90℃下干燥12小時(shí)；

（5）將上述得到的粉末樣品，置于馬弗爐中在350℃下焙燒2小時(shí)，即得到結(jié)晶性能很好的鎳摻雜四氧化三鈷納米花復(fù)合材料。

圖1為該復(fù)合材料的掃描電鏡照片。

實(shí)施例2：

（1）稱取0.066g的ni(no3)2﹒6h2o溶于50ml乙醇中，形成溶液a，稱取4.5956g的六水合氯化鈷cocl2﹒6h2o溶于25ml乙醇和25ml水的混合溶液中，形成溶液b，將溶液a和溶液b進(jìn)行超聲處理30min；

（2）將溶液a和溶液b混合，攪拌，同時(shí)在攪拌過程中加入3.423g尿素co(nh2)2，并持續(xù)攪拌30min；

（3）將上述得到的混合溶液，置于聚四氟乙烯反應(yīng)釜中，在100℃下進(jìn)行水熱反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為8小時(shí)；

（4）反應(yīng)結(jié)束后，將沉淀物依次用乙醇、蒸餾水洗滌，在90℃下干燥12小時(shí)；

（5）將上述得到的粉末樣品，置于馬弗爐中在350℃下焙燒2小時(shí)，即得到結(jié)晶性能很好的鎳摻雜四氧化三鈷納米花復(fù)合材料。

圖2為該復(fù)合材料的掃描電鏡照片。

實(shí)施例3：

（1）稱取0.0520gni(no3)2．6h2o溶于50ml乙醇中，形成溶液a，稱取1.9244g的四水合醋酸鈷co(ch3coo)2﹒4h2o溶于25ml乙醇和25ml水的混合溶液中，形成溶液b，將溶液a和溶液b進(jìn)行超聲處理30min；

（2）將溶液a和溶液b混合，攪拌，同時(shí)在攪拌過程中加入4.625g尿素co(nh2)2，并持續(xù)攪拌30min；

（3）將上述得到的混合溶液，置于聚四氟乙烯反應(yīng)釜中，在180℃下進(jìn)行水熱反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為3小時(shí)；

（4）反應(yīng)結(jié)束后，將沉淀物依次用乙醇、蒸餾水洗滌，在90℃下干燥12小時(shí)；

（5）將上述得到的粉末樣品，置于馬弗爐中在350℃下焙燒2小時(shí)，即得到結(jié)晶性能很好的鎳摻雜四氧化三鈷納米花復(fù)合材料。

圖3為復(fù)合材料作為鋰離子電池負(fù)極材料的電化學(xué)循環(huán)性能圖。