[發(fā)明專利]三維NiO-MnOOH核殼雜化分級結(jié)構(gòu)材料的制備

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210342175.1
• 申請日: 2012-09-14
• 公開（公告）號: CN102842435A
• 公開（公告）日: 2012-12-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 胡俊青;孫建慶;趙薇薇;李文堯;劉倩;李高
• 申請（專利權(quán)）人: 東華大學(xué)
• 主分類號: H01G9/042
• 分類號: H01G9/042;B82Y30/00
• 代理公司: 上海泰能知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 31233
• 代理人: 黃志達;謝文凱

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于氧化物/氫氧化物納米材料的制備領(lǐng)域，特別涉及一種三維NiO-MnOOH核殼雜化分級結(jié)構(gòu)材料的制備方法。

背景技術(shù)

日益緊迫的能源緊缺極大地促進了人們對可再生能源（風能、太陽能、潮汐能等）的開發(fā)與利用，然而這些可再生能源均具有一個顯而易見的缺點，即只能間歇性地供應(yīng)能量。因此研發(fā)能量轉(zhuǎn)化與貯存的裝置將間歇性的可再生能源轉(zhuǎn)換為可連續(xù)性供應(yīng)的能源，成為解決能源問題的有效途徑之一。電化學(xué)電容器作為一種新型儲能器件，具有比傳統(tǒng)電容器大得多的能量密度和比電池高得多的功率密度，并且集能量密度高、功率密度高、循環(huán)壽命長、充電時間短和貯存周期長等優(yōu)點于一身，在汽車、電力、鐵路、通訊、國防、消費型電子產(chǎn)品等方面有著巨大的應(yīng)用價值和市場前景，因此引起了國內(nèi)外科學(xué)家的廣泛興趣。

眾所周知，應(yīng)用于超級電容器的電極材料可分為三類：過渡金屬化合物、炭質(zhì)材料和導(dǎo)電聚合物（Liu?et?al,Advanced?Materials,2011，18,2076）。在這些材料中，過渡金屬（Ni、Co、Mn、Fe、Ru）氧化物/氫氧化物納米材料由于既存在氧化還原反應(yīng)同時又可以提供大的比表面積，因此可以獲得非常大的比電容，故而被認為是最具吸引力的選擇。但是單一過渡金屬氧化物/氫氧化物納米材料一般只能在較低的充放電強度下進行，并且由于單一活性物質(zhì)的密集堆積在總活性物質(zhì)中僅有部分實現(xiàn)了大比電容和高循環(huán)穩(wěn)定性的電化學(xué)性能，從而使得能量和功率密度均較低。為了實現(xiàn)這些物質(zhì)大比電容性質(zhì)的開發(fā)，將不同活性物質(zhì)雜化獲得異質(zhì)結(jié)構(gòu)進而實現(xiàn)優(yōu)秀的電化學(xué)性能成為近年來研究人員關(guān)注的焦點。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種三維NiO-MnOOH核殼雜化分級結(jié)構(gòu)材料的制備方法，該方法操作簡單，不需要復(fù)雜設(shè)備，成本低廉，所制得的電化學(xué)性能優(yōu)異的三維NiO-MnOOH核殼雜化分級結(jié)構(gòu)材料形貌規(guī)整、分布均勻。

本發(fā)明的一種三維NiO-MnOOH核殼雜化分級結(jié)構(gòu)材料的制備方法，包括：

（1）將鎳網(wǎng)分別用鹽酸水溶液、丙酮、水各洗滌5-30min，目的在于獲得去除表面雜質(zhì)的鎳網(wǎng)，得到洗凈的鎳網(wǎng)；

（2）配制含有Ni²⁺的前驅(qū)體水溶液，目的在于獲得反應(yīng)溶液；在上述含有Ni²⁺的前驅(qū)體水溶液中，加入氨水，攪拌5-20分鐘，獲得前軀體生長的反應(yīng)混合溶液；

（3）將步驟（1）得到的洗凈的鎳網(wǎng)的一端固定，另一端浸入上述反應(yīng)混合溶液中，在磁力攪拌下反應(yīng)，目的在于獲得適宜前軀體生長的化學(xué)浴沉積條件；反應(yīng)完成后，自然冷卻至室溫，分別用乙醇、水沖洗1-3次，然后于60-80°C下干燥3-5小時，最后熱處理，得到多孔NiO分級結(jié)構(gòu)材料；

（4）在電極槽內(nèi)以上述多孔NiO分級結(jié)構(gòu)材料作為工作電極，并接上對電極和參比電極于室溫下進行電沉積，然后將所得的產(chǎn)物洗滌，最后于60-80°C下干燥3-5小時，即得到三維NiO-MnOOH核殼雜化分級結(jié)構(gòu)材料。

步驟（1）中所述的鹽酸水溶液的濃度為3-8mol/L；所述的洗滌具體操作為未加機械力（如靜置）、震蕩和超聲洗滌。

步驟（2）中所述的含有Ni²⁺的前驅(qū)體水溶液中Ni²⁺的濃度為0.05-0.3mol/L。

步驟（2）中所述的含有Ni²⁺的前驅(qū)體水溶液與氨水的體積比為30：0.5-3，其中氨水的質(zhì)量濃度為25-28%。

步驟（3）中所述的反應(yīng)的溫度為30-80°C，時間為1-5小時。

步驟（3）中的所述熱處理的溫度為450-500°C，時間為2-10小時。

步驟（4）中所述的電沉積的溶液為12mL?Mn(Ac)₂·4H₂O或MnSO₄水溶液、12mLNH₄Ac水溶液、36mL?DMF-水或DMSO-水混合溶液。

步驟（4）中所述的電沉積的時間為0.1-3小時，電沉積的電位為0.60-0.95V。

上述的Mn(Ac)₂·4H₂O或MnSO₄的水溶液的濃度為0.01-0.04mol/L，NH₄Ac水溶液的濃度為0.02-0.08mol/L；DMF-水混合溶液中DMF與水的體積比為0.09-0.28:1，DMSO-水混合溶液中DMSO與水的體積比為0.09-0.28:1。