[發明專利]一種氧化鈷錳納米花-碳海綿柔性復合材料的制備方法

有效

• 申請號: 201811330783.4
• 申請日: 2018-11-09
• 公開（公告）號: CN109671575B
• 公開（公告）日: 2021-05-25
• 發明（設計）人: 黃云鵬;崔芬;華明清;趙巖;李華明
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: H01G11/86
• 分類號: H01G11/86;H01G11/24;H01G11/32;H01G11/46;H01M4/36;H01M4/50;H01M4/52;H01M4/62;H01M10/0525;B82Y40/00;B01J23/889
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本發明屬于功能化多孔納米材料領域，具體涉及一種氧化鈷錳納米花?碳海綿柔性復合材料的制備方法；具體步驟為：取商用三聚氰胺海綿，然后用蒸餾水和無水乙醇清洗，干燥，然后在氮氣或氬氣氛圍下，通過程升溫煅燒三聚氰胺海綿，冷卻后得到碳海綿；配制含有錳鹽和鈷鹽的混合溶液，將碳海綿浸入混合溶液中，進行水熱反應，反應結束后取出碳海綿，用蒸餾水清洗并烘干，得到錳鈷氫氧化物前驅體?碳海綿復合材料；進一步在氬氣氣氛下進行退火反應，得到氧化鈷錳納米花?碳海綿柔性復合材料；本發明以柔性、多孔、自支撐的碳海綿為生長模板，成功解決了納米材料易團聚的難題；并且得到的復合材料具有大量暴露的活性位點、豐富的孔隙和良好的導電性能。

技術領域

本發明屬于功能化多孔納米材料領域，具體涉及一種氧化鈷錳納米花-碳海綿柔性復合材料的制備方法。

背景技術

近年來，隨著化石能源儲量的日益降低和環境問題的不斷突出，人們對綠色可再生能源的需求急劇增加。近二十年，人們不斷開發和利用太陽能、風能和潮汐能等清潔能源且已取得可見成效。然而，這些能源具有間歇不連續等特點，因此還需要開發高效、經濟的能源存儲與轉換裝置將清潔能源進行存儲和轉化。其中，超級電容器、燃料電池、鋰離子電池被認為是目前最具發展前景的三種電化學能源存儲與轉換系統。而為了促進這類新能源技術的產業化，尋找綠色、低成本的非貴金屬基電極材料是研究者們重點關注的方向。

最近，一類新型的儲能材料——過渡金屬氧化物因為他們在能源存儲與轉換應用中表現出的超凡潛力，如優異的電化學活性、低成本、環境友好等優點，而成為全世界研究者關注的焦點。同時，由不同過渡金屬元素組成的雙金屬氧化物能通過兩種金屬的不同氧化態之間的氧化還原反應以及金屬元素之間的協同作用而獲得更為理想的比電容。在眾多雙金屬氧化物材料中，一種新型的氧化鈷錳(MnCo₂O₄)因為它良好的導電性和豐富的氧化還原價態而具有相對其單金屬氧化物更高的贗電容性能和催化活性。盡管過渡金屬氧化物具有諸多優勢，但其低電導率、低比表面積和充放電過程中較大的體積膨脹等缺點都限制了它的應用。

進而，通過合理構建低維單元組裝結構框架能有效提高活性材料的可接觸表面積、電荷離子擴散傳輸速率和結構韌性，從而獲得優越均衡的電容性能。此外，將這類雙金屬氧化物直接生長在柔性基底表面能避免傳統電極制作過程中絕緣粘結劑的使用，不僅能最大限度提高活性電極的表面利用率，而且能有效降低電子傳輸阻抗，從而獲得最佳比容和倍率性能。

碳海綿因具有三維網絡結構、導電性好、價廉質輕、耐腐蝕、機械強度高等優點非常適合用于柔性電極基底材料。進一步的在碳海綿多孔骨架上構筑具有電化學活性的納米材料多級結構，可望制備出具有優異電化學性能和力學性能的碳海綿復合材料，這類復合多孔材料在能源存儲領域具有廣泛的應用價值。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明旨在解決上述問題之一；本發明提供一種氧化鈷錳納米花-碳海綿柔性復合材料的制備方法。本發明利用高溫煅燒法制備的碳海綿為導電、自支撐模板，通過溶劑熱法及退火法合成氧化鈷錳納米花-碳海綿柔性復合材料。

為了實現以上目的，本發明的具體步驟如下：

(1)取商用三聚氰胺海綿，然后用蒸餾水和無水乙醇清洗，干燥后備用；

(2)在氮氣或氬氣氛圍下，通過程序升溫煅燒步驟(1)得到的三聚氰胺海綿，進行碳化處理，冷卻后得到碳海綿；

(3)配制一定濃度的錳鹽和鈷鹽的混合溶液；將步驟(2)中得到的碳海綿浸入混合溶液中，進行水熱反應，反應結束后取出碳海綿，用蒸餾水清洗并烘干，得到錳鈷氫氧化物前驅體-碳海綿復合材料；在氬氣氣氛下進行退火反應，得到氧化鈷錳納米花-碳海綿柔性復合材料。

優選的，步驟(1)中所述三聚氰胺海綿的尺寸為5cm×2cm×0.5cm。

優選的，步驟(2)中所述程序升溫煅燒的具體參數為：升溫速率2～5℃/min，溫度700～900℃，時間0.5～3h。