技術領域

本發明屬于納米材料領域，更具體地，涉及一種Ni納米線、NiO/Ni自支撐膜及其制備方法和應用。

背景技術

隨著傳統化石能源的逐漸消耗殆盡，具有環保、可再生性等優點的新能源如太陽能、風能、核能、地熱能等受到了人們越來越多的關注與開發、應用，而新能源在并網發電過程中經常存在著一個電能儲存的問題，而超級電容器在能量存儲方面的優勢也許可以很好的解決這些問題。

Yuan等人2008年在nature?nanotechnology發表了一篇以MnO₂自支撐膜為基礎，然后通過234℃下吸附和390℃下脫附聚二甲基硅氧烷(PDMS)來達到疏水/親水的目的，在吸附油污方面具有巨大的應用潛力。Luo等人在2012年通過簡單的把超長、超整齊的碳納米管與鋰鈷氧微米顆粒進行超聲共沉積的方法得到了CNT/LiCoO₂復合材料構成的自支撐膜，不同于常規的鋰離子電池正極需要添加額外的導電劑（如導電碳黑，乙炔黑等），這種制備方法既節省了成本，同時有利于制備工序的簡化，該自支撐膜在0.1C下，比容量達到151.4mAhg^-1，表現出較好的鋰離子電池性能。Yuan等人在2012年以氧化石墨烯/碳納米管膜為基底，再通過90℃下14小時的水熱反應在復合材料上面直接生長出超級電容器活性物質Co₃O₄，在2Ag^-1的充放電電流密度下獲得了378Fg^-1的比電容，同時具有極好的柔韌性。

金屬氧化物基電容器目前研究最為成功的電極材料主要是氧化釕，但由于貴金屬的資源有限，價格過高限制了對它的使用，對于金屬氧化物電容器的研究主要在于降低材料的成本，尋找較廉價的材料。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種Ni納米線、NiO/Ni自支撐膜及其制備方法和應用，其目的在于提供一種柔韌性好、充放電性能優良且成本較低的超級電容電極活性材料，由此解決目前超級電容成本高、制作工藝復雜的技術問題。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種Ni納米線，所述Ni納米線平均直徑在200nm至300nm之間，平均長度在50,000nm至200,000nm之間。

按照本發明的另一方面，提供了一種Ni納米線的制備方法，包括以下步驟：

（1）配置Ni納米線液相生長液：將Ni鹽作為前驅體，溶解于有機溶劑中，制得Ni前驅體溶液；將有機還原劑溶解在所述有機溶劑中，制得還原劑溶液；將Ni前驅體溶液緩慢分散于強堿性有機溶劑中，再加入還原劑溶液，最后加入表面活性劑有機溶液，制得Ni納米線液相生長液；

（2）在外加磁場下，使Ni納米線液相生長液發生氧化還原反應，制備Ni納米線單質；

（3）磁性分離并清洗Ni納米線單質，干燥后制得如權利要求1所述的Ni納米線。

優選地，所述制備方法，其步驟（1）所述的Ni鹽為六水合氯化鎳，所述有機溶劑為乙二醇，所述Ni前驅體溶液濃度為24mg/ml；所述有機還原劑為水合肼，所述有機還原劑溶液濃度為85wt%；所述強堿性有機溶劑為1.5mol/L的氫氧化鈉乙二醇溶液；所述表面活性劑有機溶液為2wt%的聚乙烯吡咯烷酮；所述Ni前驅體溶液、強堿性有機溶液、還原劑有機溶液的混合比例為體積比1:4:2。

優選地，所述制備方法，其步驟（2）所述的氧化還原反應條件為70攝氏度恒溫，反應時間為1小時，所述外加磁場強度為0.4特斯拉。

按照本發明的另一個方面，提供了一種NiO/Ni自支撐膜，包括所述的Ni納米線及其煅燒制得的表面有NiO的Ni納米線，其中Ni和NiO的摩爾比例為2.5:1至20:1。

按照本發明的另一個方面，提供了一種NiO/Ni自支撐膜的制備方法，包括以下步驟：

（a）將如權利要求1所述的Ni納米線均勻分散在表面活性劑有機溶液中，形成Ni納米線分散液；

（b）將步驟（a）中制得的Ni納米線分散液，采用抽濾的方法，轉移到微孔濾膜上，清洗烘干后剝離得到Ni自支撐膜；

（c）將步驟（b）中制得的Ni自支撐膜在含氧氣氣氛中煅燒得到NiO/Ni自支撐膜。

優選地，所述NiO/Ni自支撐膜制備方法，其步驟（a）所述的表面活性劑有機溶液為1wt%的聚乙烯吡咯烷酮的乙二醇溶液，所述Ni納米線和有機溶液質量比例在1:1000至1:2500之間，所述分散方法采用100瓦超聲分散10分鐘。