锌铝水滑石材料的合成及其电化学性能

收稿日期：２０１８０５２２ 基金项目：辽宁省自然科学基金资助项目（２０１６０２１３７） 作者简介：赵宇（１９７４－），男，副教授，博士研究生，主要从事基于超级电容器的纳米材料的制备及应用研究 Ｅｍａｉｌ：ｘｂ＠ｄｊｔｕ．ｅｄｕ．ｃｎ．
第 ５期
赵宇，等：锌铝水滑石材料的合成及其电化学性能
１．１ 材料制备过程 将泡沫镍在乙醇溶液中浸泡 １５ｍｉｎ去除油 渍，并用去离子水清洗．放入 ０．１ｍｏｌ／Ｌ的 ＨＣｌ溶 液中浸泡 １５ｍｉｎ后去离子水反复冲洗至 中 性， ８０℃烘干备用． 采 用 水 热 反 应 制 备 ＺｎＡｌＬＤＨｓ，硝 酸 锌 ０３７５ｍｍｏｌ，硝酸铝 ０．０７５ｍｍｏｌ，氢氧化钠、碳酸 钠加入总量为离子摩尔数的 ５倍，保持碳酸钠总 量为 ２ｍｍｏｌ，将以上物质溶于 ３６ｍＬ去离子水中， 转入 ５０ｍＬ水热釜，加入 １．５ｍｍ×１．５ｍｍ预处 理后泡沫镍，于 ８０～１２０℃恒温 １２ｈ，反应结束后 取出水洗至中性，６０℃干燥过夜，样品记为 ｈｙｄｒｏ ＬＤＨｓＴ，Ｔ为水热 反 应 温 度；与 其 对 比，８０℃ 共 沉 淀法 ４ｈ合成产物标记为 ｃｏＬＤＨｓ． １．２ 材料表征 采用 ＪＥＯＬＴＥＭ ２０００ＥＸ型透射电镜（ＴＥＭ） 和 ＪＥＯＬＪＥＭ６３６０ＬＶ扫描电镜（ＳＥＭ）进行形貌分 析；采用荷兰 ＰＡＮＡｎａｌｙｔｉｃａｌ公司的 Ｘ’ｐｅｒｔＰｒｏＳｕｐｅｒ 型射线衍射仪上进行晶相组成分析（ＸＲＤ），铜靶 线为光源（λ ＝１．５４３２ｎｍ），石墨单色器，管电压 为 ４０ｋＶ，管电流为 １００ｍＡ，晶胞参数的计算采用
锌铝水滑石材料的合成及其电化学性能
赵宇，杨玉彬，徐冰，于越，李竹馨，迟立萍
（大连交通大学 辽宁省新能源电池重点实验室，辽宁 大连 １１６０２８）
摘 要：采用一步原位水热方法，制备了泡沫 Ｎｉ负载的锌铝基水滑石（ＺｎＡｌＬＤＨｓ）复合电极材料．采用扫 描电子显微镜、Ｘ射线衍射、红外光谱等手段对产物的形貌和结构进行了研究．实验结果表明，原位水热法 合成的 ＺｎＡｌＬＤＨｓ为正六边形片状结构，直径约为 ３００～５００ｎｍ，厚度约为 １０～３０ｎｍ．三电极体系电化学 测试，电极呈现典型赝电容性质，电流密度为 ０．５Ａ／ｇ时，原位有序生长 ＺｎＡｌＬＤＨｓ的比电容为 ８４．９Ｆ／ｇ， 是共沉淀合成电极的 ２．４倍． 关键词：锌铝水滑石；水热；超级电容器 文献标识码：Ａ ＤＯＩ：１０．１３２９１／ｊ．ｃｎｋｉ．ｄｊｄｘａｃ．２０１８．０５．０１１
２ 结果与讨论
２．１ ＺｎＡｌＬＤＨｓ的 ＸＲＤ分析 共沉淀产物 ｃｏＬＤＨｓ的 ＸＲＤ测试结果如图 １所示．在 ＸＲＤ图谱中 ２θ＝１１．６４、２３．３９、３４．５６、 ３９．１５和 ４６．６４°等处出现多个衍射峰，对照标准 图谱，其 分 别 对 应 于 水 滑 石 结 构 Ｚｎ６Ａｌ２（ＯＨ）１６ ＣＯ３· ４Ｈ２Ｏ的 （００３）、（００６）、（０１２）、（０１５）和 （０１８）晶面的衍射峰，与标准卡 （ＪＣＰＤＳＮｏ．０３８ ０４８６）完全 一 致，说 明 共 沉 淀 法 合 成 了 目 标 产 物 水滑石结构，产物晶体结构为六方晶系，层板间存 在六方堆积和菱形堆积两种堆积模式，归属 Ｒ３ｍ 空间 群［８］，晶 胞 参 数 为 ａ ＝ ｂ ＝ ３．０７６°，ｃ ＝ ２２８００°，α ＝β＝９０°，γ＝１２０°．由 ＸＲＤ图谱分 析可知，产物特征衍射峰峰型尖锐，经计算可知， ｄ００３＝０．７５４ｎｍ，ｄ００６＝０．３７８９ｎｍ，ｄ００３ ＝２ｄ００６， 说明层间结 晶 度 和 晶 相 结 构 良 好；（１１０）晶 面 的 衍射峰为 ＬＤＨｓ阳离子层板的特征衍射峰，（１１３）
０ 引言
１ 材料与方法
超级电容器作为新型储能装置，其具有高功 率密度、超长寿命、温度范围广、环境友好等特点， 一直是国内外电化学和能源领域里的研究热 点［１２］．各种 碳 材 料［３］、金 属 氧 化 物 及 复 合 氧 化 物［４５］等是主要的电极材料． 近年来，二维材料在化学储能和转换研究中 得到了越来越多的关注．这一类材料突出特点表 现在高比表面，独特的层状结构，丰富的物理化学 性能［３，６］．层 状 双 金 属 氢 氧 化 物 （Ｌａｙｅｒｅｄｄｏｕｂｌｅ ｈｙｄｒｏｘｉｄｅｓ，ＬＤＨｓ），是典型的无机层状材料，由于 其金属离子和层间阴离子可以较大范围调变且并 不改变主体结构，活性物质在层中晶格的高分散， 单层的易于分离和化学修饰，为其成为多功能电 化学电极材料提供了可能，也使这一类材料在很 多应用领域都得到广泛关注，如催化、吸附、能量 储存和转换等［７］． 本文以泡沫镍为基体，采用原位水热的方法， 在泡沫镍表面生长锌铝水滑石电极材料，并对其 进行了电化学性能测试，通过电极材料有序结构 的形成提高其电化学活性，同时提供了一种广泛 使用的原位有序复合材料的合成方法．
第 ３９卷 第 ５期
大连交通大学学报
Ｖｏｌ．３９ Ｎｏ．５
２０１８年 １０月
ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＤＡＬＩＡＮ ＪＩＡＯＴＯＮＧ ＵＮＩபைடு நூலகம்ＥＲＳＩＴＹ
Ｏｃｔ．２０１８

文章编号：１６７３９５９０（２０１８）０５００４８０５
４９
最小二乘法．样品的红外光谱分析（ＩＲ）在 ＴＪ２７０ ３０Ａ型号傅立叶变换红外光谱仪上测定，扫描范 围 ４００～４０００ｃｍ－１． １．３ 电化学性能评价 在 ６ｍｏｌ／ＬＫＯＨ溶液中，以 Ｐｔ网电极作为对 电极，饱 和 甘 汞 电 极 （ＳＣＥ）作 为 参 比 电 极，ＺｎＡｌ ＬＤＨ电极 作 为 工 作 电 极，以 电 化 学 工 作 站 ＣＨＩ ６６０Ｅ对 ＬＤＨｓ电极进行测试．循环伏安测试的扫 描电压范围为 ０～０．６Ｖ，恒流充放电测试电压窗 口为 ０～０．５５Ｖ． 共 沉 淀 法 制 备 的 ｃｏＬＤＨｓ样 品、乙 炔 黑 和 ＰＴＦＥ按质量比 ８０∶１０∶１０的比例充分混合均匀 后，担载到泡沫镍上，面积 １．５×１．５ｃｍ２，担载量 ５～８ｍｇ．８０℃真空干燥，作为对比用工作电极．