[發明專利]制備高活性超級電容器電極材料納米氧化銅的方法有效

申請號：	201410192553.1	申請日：	2014-05-08
公開（公告）號：	CN105097297B	公開（公告）日：	2018-04-03
發明（設計）人：	朱大章;胡龍;孫冬梅;汪亞威;程可	申請（專利權）人：	同濟大學
主分類號：	H01G11/86	分類號：	H01G11/86;H01G11/46;C01G3/02;C25C5/02
代理公司：	上?？剖⒅R產權代理有限公司31225	代理人：	葉敏華
地址：	200092 ***	國省代碼：	上海;31
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摘要：
搜索關鍵詞：	制備活性超級電容器電極材料納米氧化銅方法
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【說明書】：

技術領域

本發明涉及一種納米材料的制備方法，尤其是涉及一種制備高活性超級電容器電極材料納米氧化銅的方法。

背景技術

納米材料是20世紀80年代發展起來的新型材料，與普通的材料相比，納米材料具有小尺寸效應、表面與界面效應、量子尺寸效應、宏觀量子隧道效應等特點。納米材料在磁性、光學、力學、電化學、化學催化等方面都有優異的表現。

電沉積是制備納米材料的有效方法之一，電沉法積制備納米材料適合于納米金屬材料，納米合金材料及復合材料。電沉積方法可以通過控制電流密度、電勢區間、電解質溶液的濃度等控制納米材料的尺寸、形貌和粒徑等參數。電沉積制備氧化銅也被許多學者研究了。電沉積制備納米氧化銅的方法主要有恒電位沉積法，變電位沉積法和恒電流沉積法。其中恒電位法和變電位法應用最廣泛，相對而言，恒電流法應用的很少。通過電沉積制備氧化銅主要應用于光電材料、有機物檢測和催化劑等領域。相對來說電沉積法制備的氧化銅應用于超級電容器電極研究的較少。

納米氧化銅做超級電容器電極材料主要是因為氧化銅納米材料對環境友好，有優良的電化學性能，更重要的是合成氧化銅納米材料的原料價格低廉。氧化銅做超級電容器電極在充放電過程中電極表面發生了氧化還原反應。在電場的作用下Cu元素在+2價和+1價之間循環轉化。不同的方法制備的納米氧化銅超級電容器性能差別很大。比如Zhang等人制備的球狀氧化銅，電化學性能為26F·g^-1，[Zhang，H.；J.Feng；M.Zhang.Materials Research Bulletin，2008.43，3221]。后來Hsu等人合成的菜花狀氧化銅比電容達到117F·g^-1[Dubal，D.；D.Dhawale；R.Salunkhe；V.Jamdade；C.Lokhande.Journal of Alloys and Compounds，2010.492，26.]。

中國專利CN103088371A公布了一種納米銅立方體顆粒的制備方法，在金屬板是上沉積立方體型納米銅，該納米銅顆粒尺度大，粒徑在1微米左右，性質穩定，因此不適合做超級電容器電極材料。中國專利CN102586800A公布了一種納米銅粉的制備方法，通過液相還原法制備了納米銅，過程中先是犧牲陽極制備銅前驅體，再高溫高壓條件下制備了納米銅，整個制備過程很復雜，對設備要求高，成本高，且制備過程中產生了廢液，污染環境。

商業上的氧化銅由于顆粒較大，活性不高等原因導致其不適合超級電容器電極材料。這些都說明尋找新的制備方法，制備不同形貌的納米氧化銅超級電容器電極意義重大。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種制備高活性超級電容器電極材料納米氧化銅的方法，該方法采用電沉積技術，制備過程中操作簡單，對環境無污染，制備的氧化銅顆粒是納米尺度，且具有較好的超級電容器性能。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種制備高活性超級電容器電極材料納米氧化銅的方法，將含銅離子的電解質溶液，在以基底為陰極，以紫銅為陽極的電化學工作站上進行電沉積，得到納米銅；然后將納米銅氧化生成可應用于超級電容器電極材料的納米氧化銅。

含銅離子的電解質溶液為含有硫酸銅、硫酸、硫酸鈉及PEG6000的混合溶液，其中，硫酸銅濃度為0.2M-0.8M，硫酸的濃度為0.5-1.5M，硫酸鈉的濃度為0-1.5M，PEG6000的重量含量為1％-5％。

作為優選，所述的含銅離子的電解質溶液中，硫酸銅濃度為0.5M，硫酸的濃度為0.5M，硫酸鈉的濃度為0.5M，PEG6000的重量含量為2％。

所述的基底為泡沫鎳、銅網、不銹鋼網或石墨片。

所述的電沉積方法為計時電位法，采用恒電流沉積，且沉積過程使用兩電極體系。

計時電位法沉積時，在0.001-0.01A/cm²電流密度下，恒電流沉積10～40分鐘。

對納米銅氧化的方法為：將納米銅在空氣中自然氧化或在濃KOH溶液中氧化。

所述的濃KOH溶液的濃度為5～8M。