通過金屬碳酸鹽、硝酸(氧化劑)和檸檬酸(燃料)的凝膠-燃燒方法合成了納米氧化鎳粉體。在檸檬酸與Ni2+的摩爾比為1.3∶1，熱處理溫度為400℃的條件下，以1 mol/L KOH水溶液為電解液對納米NiOx制備的電極進行了循環伏安、充放電及電化學阻抗譜分析。分析結果表明納米NiOx電極在KOH水溶液電解液中具有良好的贗電容特性，其平均比容量最大為78.8 F/g，并具有良好的循環壽命。
關 鍵 詞 凝膠-燃燒合成; 納米晶; 氧化鎳; 超級電容器; 電容性

超級電容器是一種可提供超大功率并有超長壽命的新概念儲能器件[1]，它比傳統化學電源高出數十倍以上的功率密度(>1 w/g)，儲存電荷的能力比靜電電容器高許多，充放電效率高(>90%)，漏電流小，并具有充放電循環壽命高、充放電速度快、對環境無污染等優點。目前，對超級電容器的研究主要集中在電極材料方面。由于過渡金屬氧化物在超級電容器中表現出的贗電容特性成為研究的熱點，RuO2.xH2O具有高達768 Fg?1的比容量[2]，被認為是最佳的電極材料，但是昂貴的價格限制了其廣泛的應用。所以，研究與開發廉價且性能優良的替代材料成為超級電容器應用和發展的關鍵問題。人們已經進行過研究的材料有NiO[3]、Co3O4[4-5]、MnO2[6-7]、V2O5[8]等。其中，氧化鎳是近年來備受關注的一種超級電容器材料，文獻[9]采用水溶液化學沉淀法合成了氫氧化鎳凝膠，熱分解得到具有超電容特性的NiOx。另外，在研究氧化物材料的軟化學合成中，發展了一種能耗低、操作簡單、易于實現的凝膠-燃燒過程[10-11]。該工藝的特點是：由待制備氧化物的金屬硝酸鹽(作為燃燒過程的強氧化劑)作前驅體，與一種有機燃料(作為燃燒過程的還原劑)形成凝膠，并在較低溫度熱處理過程中，凝膠快速著火而迅速燃燒，從而獲得金屬氧化物陶瓷粉體。與傳統方法比較，此法制備的氧化物粉末細、比表面積高、電活性高。本文提出以檸檬酸作燃料的凝膠-燃燒法合成納米氧化鎳粉體并將其作為超級電容器電極材料的方法。

1.1 納米NiOx粉體的合成
采用凝膠-燃燒法合成納米氧化鎳粉體，合成中所用試劑均為分析純。先將一定量的金屬碳酸鹽堿式碳酸鎳溶于濃硝酸中，然后加入一定量的檸檬酸(碳酸鎳/檸檬酸按金屬離子摩爾比1:1.3配置)，在40℃下攪拌至均勻混合，得到一定濃度的含Ni2+溶液。在80℃下靜置形成溶膠。隨著溶膠粘度逐漸增大，顏色逐漸加深，最后形成綠色凝膠。將此凝膠置于馬弗爐中，當溫度升高至約250℃時，凝膠突然膨脹，隨即著火而發生自蔓延燃燒。此過程在極短時間(不超過30 s)內完成，這與檸檬酸鹽法[12]合成陶瓷粉體的過程相似。為使可能存在的碳殘留物分解，將所得的原粉于400℃下熱處理1 h得到納米氧化鎳粉體。
1.2 電極的制備
將所制備的氧化鎳粉體與乙炔炭黑按質量比70∶25混合，加入到盛有一定量含無水乙醇的去離子水的溶液中，置入超聲波發生器中超聲混合30 min，干燥備用。稱取一定量處理過的氧化鎳與炭黑混合物，加入去離子水將其浸濕，然后加入總質量5%的聚四氟乙烯(PTFE)作為粘接劑，同時加入少量無水乙醇進行分散，在65℃水浴中加熱破乳一定時間，于80℃烘干，并在10 MPa壓力下將其壓在處理過的泡沫鎳集流體上，制成直徑為12 mm的電極片，并在100℃下真空干燥12 h備用。
1.3 分析與表征
采用德國Netzsch STA 449C型同步熱分析儀測定凝膠的TG-DSC曲線；用日本理學D/max-Ⅲa型Ｘ射線衍射儀對所制粉體進行物相分析(CuKα為輻射源)，根據Scherrer公式用半高寬化法計算平均晶粒尺寸；用CHI760B電化學儀，以1MOL/LKOH水溶液為電解液對電極片進行電化學分析表征。
2 結果與討論
2.1 干凝膠前驅體的熱分析
為了對樣品的熱分解特性進行研究，對合成的凝膠樣品進行了熱重(TG)及差示掃描量熱(DSC)分析，得到了如圖1所示的曲線。圖中TG曲線分為兩個失重階梯：第一階段為30℃～150℃的過程，歸因于凝膠體系中吸附水與結晶水的失去，此區間內的失重的量約為9%；第二個失重階段出現在150℃～450℃，該過程的重量損失約為67%，這一較高溫度區間的失重歸因于檸檬酸在硝酸鹽協同作用下的迅速燃燒。與此對應，DSC曲線上呈現兩個放熱峰，第一個較弱的峰在182℃附近，該峰對應的是體系失水；第二個強且尖銳的峰出現在263℃左右，該峰對應于檸檬酸燃燒放熱。