[發明專利]CuO-MnO2核殼結構納米材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201310481237.1
• 申請日: 2013-10-15
• 公開（公告）號: CN103500667B
• 公開（公告）日: 2017-01-11
• 發明（設計）人: 張育新;黃明;李飛;郭早陽;朱仕錦
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: H01G11/46
• 分類號: H01G11/46;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司11227
• 代理人: 趙青朵

技術領域

本發明涉及納米材料領域，特別涉及CuO-MnO₂核殼結構納米材料及其制備方法。

背景技術

在眾多雜化材料中，核殼材料因其組成、大小和結構排列的不同具有特殊的光、電和化學等特性，近年來備受科學家的關注。核殼材料一般由中心的核以及包覆在外部的殼組成，核殼部分可以由多種材料組成，包括高分子、無機物和金屬等。如今，核殼結構材料已經拓展為化學、物理、生物、材料等組多學科的交叉領域，并在醫藥、非線性光學器件、電發光器件以及催化等方面顯示出有人的應用前景。

二氧化錳由于具有能量密度高、比表面積高、價格低廉以及環境友好等特性，成為在超級電容器材料中最具有應用潛力的過渡金屬氧化物。納米二氧化錳具有雙層電容和法拉第贗電容兩種電荷存儲方式，這種儲存能量的過程主要是基于電荷在其表面的吸附與脫附二發生氧化還原反應的過程。二氧化錳理論容量可以達到1370F/g。提高二氧化錳的電導率，制備多孔、薄膜或符合材料，從而獲得較大的比表面積，是納米二氧化錳作為電極材料所追尋的路徑之一。

目前，二氧化錳復合材料的種類豐富多樣，尤其是核殼結構的復合材料，如：Co₃O₄@MnO₂,SnO₂@MnO₂，ZnO@MnO₂，TiO₂@MnO₂，NiCo₂O₄@MnO₂nanocomposites，碳材料@MnO₂。以碳納米管、碳纖維或石墨烯為殼，MnO₂為核的復合材料，形貌比較單一，且結構的控制相對復雜，最重要的是，這種復合材料的循環穩定性較差，循環1000次后電容損失15%以上。

發明內容

本發明解決的技術問題在于提供一種CuO-MnO₂核殼結構納米材料及其制備方法，所述納米材料的電化學循環性能穩定，比容量較高。

本發明公開了一種CuO-MnO₂核殼結構納米材料的制備方法，包括以下步驟：

將銅納米線分散在高錳酸鉀溶液中，進行水熱反應，得到CuO-MnO₂核殼結構納米材料。

優選的，所述水熱反應后還包括洗滌和干燥。

優選的，所述銅納米線的直徑為100～200nm。

優選的，所述高錳酸鉀的濃度為0.01～1mol/L。

優選的，所述高錳酸鉀的濃度為0.04～0.08mol/L。

優選的，所述銅納米線的質量與高錳酸鉀溶液的體積之比為（10～100mg）：30mL。

優選的，所述水熱反應的溫度為140～200℃。

優選的，所述水熱反應的時間為20～30小時。

優選的，所述干燥的溫度為50～70℃，所述干燥的時間為20～25小時。

本發明公開了一種如上述技術方案所述的方法制備的CuO-MnO₂核殼結構納米材料，所述CuO-MnO₂核殼結構納米材料以銅為核，所述銅的外圍包覆有氧化銅，所述氧化銅外圍包覆有二氧化錳，直徑為150～300nm。

與現有技術相比，本發明CuO-MnO₂核殼結構納米材料的制備方法為：將銅納米線分散在高錳酸鉀溶液中，進行水熱反應，得到CuO-MnO₂核殼結構納米材料。銅納米線與高錳酸鉀發生氧化還原反應，銅納米線表面被氧化成氧化銅，在形成的氧化銅表面同時包覆一層二氧化錳顆粒；隨著反應的進行，二氧化錳顆粒逐漸形成二氧化錳薄膜，形成以包裹有銅的氧化銅為核，以二氧化錳為殼，具有介孔的分層體系、比表面積較大的CuO-MnO₂核殼結構納米材料。該結構的材料作為電極使用時，有利于電化學反應中電解液離子的傳輸與擴散，在充放電反應中具有更多用于發生氧化還原反應的活性位點，從而比容量較高，電化學循環性能穩定。另外，本發明還可以通過控制高錳酸鉀溶液的濃度、反應時間和反應溫度來控制CuO-MnO₂核殼結構納米材料的形態和尺寸。實驗結果表明，本發明的CuO-MnO₂核殼結構納米材料比容量為250～276F/g，1000循環后電容量依然能夠保持在原容量的90%以上，循環后核殼結構保持完整。

附圖說明

圖1為實施例1制備的銅納米線的XED圖譜；