[發明專利]有序納米管陣列結構電極材料及其制備方法和儲能應用

無效

• 申請號: 200910033418.1
• 申請日: 2009-06-19
• 公開（公告）號: CN101625930A
• 公開（公告）日: 2010-01-13
• 發明（設計）人: 謝一兵;付德剛
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H01G9/04
• 分類號: H01G9/04;H01G9/042;B82B1/00;B82B3/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司
• 代理人: 陸志斌

1.一種有序納米管陣列結構的電極材料，其特征是以鈦基二氧化鈦納米管為電極載 體，在其管壁面上負載修飾電化學活性的金屬氧化物，構建有序排列的、同軸異質納米 管陣列結構的功能電極材料，其中納米管的管徑50-200nm，壁厚10-20nm，長度0.2-50μm。

2.根據權利要求1所述的有序納米管陣列結構的電極材料，其特征是電化學活性金 屬氧化物包括過渡金屬氧化物、貴金屬氧化物和它們的復合物。

3.根據權利要求2所述的有序納米管陣列結構的電極材料，其特征是電化學活性金 屬氧化物為NiO，MnO₂，Co₂O₃，V₂O₅，RuO₂，IrO₂或Ta₂O₅。

4.一種權利要求1所述的有序納米管陣列結構的電極材料的制備方法，其特征在于：

首先，采用自模板陽極氧化反應合成方法制備有序納米管陣列結構的鈦基二氧化鈦 電極載體，然后，建立三電極電化學反應體系，以有序納米管陣列結構的鈦基二氧化鈦 電極載體為工作電極、鉑片為對電極、甘汞電極或者銀-氯化銀電極為參比電極、濃度為 0.005～0.05M過渡金屬離子或貴金屬離子水溶液為工作電解質，通過循環電還原-電氧化 反應，在納米管壁面上原位合成電化學活性的金屬氧化物包覆層，制備出基于二氧化鈦 納米晶骨架的、大面積有序排列的、異質納米管陣列結構的功能電極材料；在納米管壁 面上原位合成電化學活性的金屬氧化物包覆層的方法為以下兩種方法之一：

方法一：以0.02M?Ni(Ac)₂水溶液為反應電解質，以-1.0mAcm^-2恒電流條件下電還 原反應8min，在二氧化鈦納米管載體上生成金屬鎳沉積層，然后在1.0M?NaOH水溶液 電解質中，工作電極電勢在0至0.9V?vs.SCE范圍內循環伏安掃描15min，電氧化反應 生成氫氧化鎳沉積層，最后通過300℃熱處理脫水反應2h生成NiO-TiO₂有序納米管陣列 結構的超級電容器電極材料；

方法二：以RuCl₃(0.02M)-HCl(0.005M)水溶液為反應電解質，以-1.0mA?cm^-2恒電 流電還原反應30min，在二氧化鈦納米管載體上生成金屬釕沉積層；然后以1.0M?H₂SO₄水溶液為工作電解質中，工作電極電勢在0至1.0V范圍內循環伏安掃描15min，電氧化 反應生成水合氧化釕沉積層。

5.根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于：

自模板陽極氧化反應合成方法為：建立雙電極電化學反應體系，以金屬鈦片為陽極、 鉑片為陰極、含氟離子化合物的水溶液或含氟離子化合物的有機溶液為電解質、電化學 工作電壓控制在20至80V、反應時間控制在0.5至60h，通過電化學陽極氧化反應制備 出在鈦片兩面都垂直生長納米管的二氧化鈦，以此納米管為自模板進行至少二次的陽極 氧化反應，制備出管墻獨立、管孔分布均一、管徑可以調控的有序納米管陣列結構的鈦 基二氧化鈦電極載體。

6.根據權利要求5所述的制備方法，其特征在于含氟離子化合物為氟化氫、氟化銨 或氟化鈉。

7.根據權利要求5所述的制備方法，其特征在于含氟離子化合物的有機溶液中的有 機溶劑為乙二醇、丙三醇或N，N-二甲基乙酰胺。