納米結(jié)構(gòu)超級電容器電極材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明屬于電容器電極材料的制備領(lǐng)域，特別涉及一種泡沫鎳為基底的CoMo04納米結(jié)構(gòu)超級電容器電極材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和人類生活水平的提高，我們對能源的需求量越來越大。為了滿足人類對能源的需求，研究人員開發(fā)了大量基于電化學(xué)存儲(chǔ)的能量存儲(chǔ)裝置。在眾多電化學(xué)能量存儲(chǔ)裝置中，超級電容器因?yàn)榫哂谐潆姇r(shí)間短、循環(huán)壽命長以及功率密度高等優(yōu)點(diǎn)而備受關(guān)注。然而較低的能量密度制約了超級電容器在實(shí)際生活中的應(yīng)用，為此，人們開發(fā)了贗電容電容器來提高超級電容器的能量密度。過渡金屬元素由于具有多種氧化價(jià)態(tài)而成為研發(fā)贗電容超級電容器的不二選擇。(Di Guo et al ,Nano Energy ,8，174-182)。
[0003]由于其可實(shí)現(xiàn)的氧化態(tài)以及較高的電子電導(dǎo)率等特性，二元金屬氧化物在超級電容器電極材料的應(yīng)用中具有很多優(yōu)于一元金屬氧化物的性能。并且由于其成本低、來源廣和環(huán)境友好等特點(diǎn)，使得二元金屬氧化物被視為一種高效、前景廣闊的超級電容器電極材料。其中，鉬酸鈷電極材料具有很好的穩(wěn)定性和倍率性能，是一種很有前景的贗電容材料。目前研究人員通過固相法、水熱法等方法制備了各種形貌的CoMo04納米材料，如納米顆粒、納米片等。(Di Guo’et al.J.Mater.Chem.A,2013,1,7247-7254.)但是這些方法工藝復(fù)雜而且成本較高，在超級電容器領(lǐng)域中的應(yīng)用并不十分突出。因此，還需要開發(fā)合適的材料，使CoMo04優(yōu)異的電化學(xué)性能可以在開發(fā)高比電容、高能量密度、高充放電功率密度的超級電容器的工作中有所應(yīng)用，為解決能源緊缺問題做出貢獻(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種泡沫鎳為基底的C0M0O4納米結(jié)構(gòu)超級電容器電極材料的制備方法，本發(fā)明的制備方法簡單、時(shí)間短、成本低，制得的電極材料具有較高的電化學(xué)活性，比電容可達(dá)2.1F cm—2。
[0005]本發(fā)明的一種泡沫鎳為基底的C0M0O4納米結(jié)構(gòu)超級電容器電極材料的制備方法，包括:
[0006](1)硝酸鈷、鉬酸鈉、乙醇和水配制得到前驅(qū)體溶液；
[0007](2)將上述前驅(qū)體溶液加入反應(yīng)釜內(nèi)膽中，攪拌混勻；
[0008](3)將泡沫鎳放入步驟(2)的反應(yīng)釜內(nèi)膽中，密封，然后進(jìn)行水熱反應(yīng)，冷卻，洗滌，干燥，得到泡沫鎳為基底的納米結(jié)構(gòu)超級電容器電極材料，熱處理，即得結(jié)晶良好的CoMo04納米結(jié)構(gòu)超級電容器電極材料。
[0009]所述步驟(1)中硝酸鈷和鉬酸鈉的摩爾比為1:1。
[0010]所述步驟(1)中乙醇和水的體積比為10-20:10-30。
[0011]所述步驟(1)中前驅(qū)體溶液中，硝酸鈷、鉬酸鈷的濃度均為10—llO—5mol/L。
[0012]所述步驟(2)中前驅(qū)體溶液在反應(yīng)釜內(nèi)膽中的填充量為50-90%。
[0013]所述步驟(3)中泡沫鎳為:清洗后的泡沫鎳，其中清洗為依次用稀鹽酸、去離子水和酒精超聲清洗。
[0014]所述步驟(3)中密封為反應(yīng)釜內(nèi)膽用不銹鋼反應(yīng)釜密封。
[0015]所述步驟(3)中水熱反應(yīng)為:置于烘箱中，加熱進(jìn)行水熱反應(yīng)，水熱反應(yīng)溫度為120-200°C，時(shí)間為2-20h。
[0016]所述步驟(3)中洗滌為分別用乙醇、去離子水洗滌3-5次;干燥為60-80°C干燥2-6次。
[0017]所述步驟(3)中熱處理具體為:在保護(hù)氣氛中，350_600°C下熱處理0.5_10h。
[0018]所述保護(hù)氣氛為:在氮?dú)饣驓鍤鈿夥铡?br>[0019]本發(fā)明采用水熱合成技術(shù)，通過調(diào)配特定的反應(yīng)溶液，將經(jīng)過清洗的泡沫鎳浸入到反應(yīng)溶液中，在不添加表面活性劑的情況下，在較高溫度的條件下，水熱反應(yīng)較短時(shí)間就可制備得到泡沫鎳為基底的CoMo04納米結(jié)構(gòu)超級電容器電極材料。步驟1的目的在于獲得適于CoMo04自組裝納米結(jié)構(gòu)生長的反應(yīng)溶液；步驟3中置于烘箱中處理的目的在于獲得C0M0O4納米結(jié)構(gòu)生長的水熱條件。
[0020]本發(fā)明在無后續(xù)使用低表面能物質(zhì)修飾產(chǎn)品表面的基礎(chǔ)上，以常見的無機(jī)物為原料，乙醇作為結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑，通過調(diào)控水熱反應(yīng)過程中反應(yīng)物的濃度、時(shí)間、溫度等實(shí)驗(yàn)參數(shù)，以泡沫鎳為基底制備CoMo04納米結(jié)構(gòu)超級電容器電極材料，得到大面積分布均勻、電化學(xué)性能優(yōu)異的CoMo04納米結(jié)構(gòu)超級電容器電極材料，并且當(dāng)改變反應(yīng)參數(shù)時(shí)，可以改變CoMo04納米材料的尺寸與形貌。
[0021]有益效果
[0022](1)本發(fā)明制備方法操作簡單，不需要復(fù)雜設(shè)備，成本低廉；
[0023 ] (2)本發(fā)明所制得的C0M0O4自組裝納米材料面積大，分布均勻；
[0024](3)本發(fā)明只需較短的時(shí)間就可制得結(jié)構(gòu)完整、性能優(yōu)異的CoMo04納米材料；
[0025](4)本發(fā)明所制得的CoMo04自組裝納米材料具有優(yōu)異的電化學(xué)性能，可大大拓展電化學(xué)電容器材料的制備方法與應(yīng)用領(lǐng)域。
【附圖說明】
[0026]圖1為本發(fā)明中制備的泡沫鎳為基底的CoMo04納米結(jié)構(gòu)超級電容器電極材料的掃描電鏡圖片；(a)實(shí)施例1中得到的C0M0O4低倍掃描電鏡照片，(b)實(shí)施例1中得到的C0M0O4高倍掃描電鏡照片；
[0027]圖2為本發(fā)明中制備的泡沫鎳為基底的CoMo04納米結(jié)構(gòu)超級電容器電極材料的掃描電鏡圖片；(a)實(shí)施例2中得到的CoMo04低倍掃描電鏡照片，(b)實(shí)施例2中得到的CoMo04高倍掃描電鏡照片；
[0028]圖3為本發(fā)明中制備的泡沫鎳為基底的Cο Μ ο 0 4納米結(jié)構(gòu)超級電容器電極材料的XRD圖片；
[0029]圖4為本發(fā)明中制備的泡沫鎳為基底的C0M0O4納米結(jié)構(gòu)超級電容器電極材料的電化學(xué)性能測試圖；(a)實(shí)施例1中得到的CoMo04的循環(huán)伏安曲線圖，(b)實(shí)施例1中得到的C0M0O4的恒電流充放電曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。
[0031]實(shí)施例1
[0032]利用lmmol硝酸鈷、lmmol鉬酸鈉、15ml水和15ml乙醇配制成CoMoCU前驅(qū)體溶液，在聚四氟乙烯材料的反應(yīng)釜內(nèi)膽中裝入上述前驅(qū)體溶液，攪拌50min使前驅(qū)體溶液混合均勻；
[0033]將泡沫鎳依次用濃度為1M的鹽酸、去離子水和酒精超聲清洗15min后，放入反應(yīng)釜內(nèi)膽中，然后用不銹鋼反應(yīng)釜密封，置于約180°C的烘箱中反應(yīng)4h，反應(yīng)完成后自然冷卻至室溫，收集產(chǎn)物分別用乙醇、去離子水清洗數(shù)次，60°C、干燥2h，并在氬氣氣氛中450°C下熱處理2h，得到泡沫鎳為基底的C0M0O4納米結(jié)構(gòu)超級電容器電極材料。
[0034]圖1(a)和(b)分別為其低倍和高倍下的掃描電子顯微鏡照片，可以看出所得產(chǎn)品在基底上分布均勻且CoMo04自組裝成薄片狀。由XRD譜線(圖3)可以看出，退火后的產(chǎn)物衍射峰與CoMo04標(biāo)準(zhǔn)卡片衍射峰一致，說明產(chǎn)品有很好的結(jié)晶性。圖4為將所得泡沫鎳為基底的C0M0O4納米結(jié)構(gòu)超級電容器電極材料作為工作電極，Ag/AgCl為參比電極，鉑片為對電極在2mol L—1的氫氧化鉀水溶液中測試的在不同掃速下的CV曲線(a)和不同電流密度下的充放電曲線(b)，從圖中可以看出曲線上有明顯的氧化還原峰和充放電平臺(tái)，經(jīng)過計(jì)算在1mAcm—2的電流密度下，其面積比電容可達(dá)2.1F cm—2，說明材料具有優(yōu)異的電化學(xué)性能。
[0035]實(shí)施