[發明專利]一種氧空位稀土Ce摻雜NiO納米帶高電容材料及其制備方法

在審

• 申請號: 202211242933.2
• 申請日: 2022-10-11
• 公開（公告）號: CN115938817A
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 周衛強;何垚;徐景坤;蔣豐興;段學民;李丹琴
• 申請（專利權）人: 江西科技師范大學
• 主分類號: H01G11/86
• 分類號: H01G11/86;H01G11/30;H01G11/46
• 代理公司: 北京深川專利代理事務所(普通合伙) 16058
• 代理人: 楊鑫鑫

本發明公開了一種氧空位稀土Ce摻雜NiO納米帶高電容材料及其制備方法，屬于納米材料制備技術領域。Ce摻雜NiO納米帶的制備方法包括以下步驟：稱取一定量的六水合硫酸鎳和六水合硝酸鈰，以水和丙三醇為混合溶劑，攪拌均勻后加入尿素得到混合溶液；將所得的混合溶液水熱反應，后自然冷卻到室溫，將所得產物離心分離，洗滌干燥，得到Ce摻雜NiO前驅體；將所得前驅體置于馬弗爐中煅燒，煅燒結束后得到最終產物Ce摻雜NiO納米帶。本發明方法所得材料具有卓越的電容性能，可推廣應用于超級電容器以及其他儲能領域。

技術領域

本發明涉及納米材料制備技術領域，特別是指一種氧空位稀土Ce摻雜NiO納米帶高電容材料及其制備方法。

背景技術

超級電容器(SCs)作為一種可快充快放、耐長期循環的電化學儲能設備可以有效緩解能源環境問題。然而，SCs的能量密度相對較低一直是限制其應用發展的主要技術屏障。基于氧化還原材料的贗電容器作為一種結合電池級能量密度和電容級功率密度的充電存儲系統前景廣闊。然而，大多數贗電容材料(如NiO、SnO₂和Fe₂O₃等)具有緩慢的離子擴散和電子傳輸性能，這導致材料的電荷儲存能力不能被充分釋放，導致能量密度增益有限。

NiO因其高的理論比電容和低成本等特點可作為正極材料應用于贗電容儲能。為了克服NiO的低導電性，通常采用碳材料、貴金屬和導電聚合物作為復合組分提高其電容特性。然而，高導電的外源性修飾組分通常作用于電子在NiO/活性組分之間的界面傳輸，NiO的體相電化學活性仍未激發。

近年來，氧空位工程改善過渡金屬氧化物(TMOs)的電容性能研究已相繼有所報道，其主要是通過濕化學法或還原氣體還原TMOs以有效構建對稱氧空位位點。盡管對稱氧空位位點能有效增強材料對化學物質的吸附能力，但礙于較難解吸附，這不利于電化學活性的提高。與之不同的是，由于電荷補償原理，異質離子摻雜也可以產生氧空位。與過渡金屬元素不同，稀土元素具有特殊的4f電子構型、適宜的離子半徑和高可溶性等特點可作為摻雜劑，并提供了摻雜元素的多種選擇。利用稀土摻雜TMOs可有效構建具有高氧化還原活性的非對稱氧空位位點，激發提高了TMOs的體相電化學活性。此外，利用電負性較小的稀土離子摻雜取代NiO會產生感應效應。這種感應效應將有利于電子傳輸效率，有利于材料表現出更高的電容性能。

綜上所述，利用稀土元素摻雜改性策略很有希望實現NiO電容性能的改善。至今為止，Ce摻雜NiO納米帶的制備及其電容性能尚未有人報道。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明目的是提供一種氧空位稀土Ce摻雜NiO納米帶高電容材料及其制備方法。該方法所得電極具有出色的電容性能，可推廣用于超級電容器。本發明采用了一種無污染、工藝簡單、優異電容性能的NiO基電容材料的制備方法，可為應用于能源儲存領域的氧化還原材料提供選擇和設計思路。

為解決上述技術問題，本發明提供技術方案如下：

一方面，本發明提供一種氧空位稀土Ce摻雜NiO納米帶高電容材料的制備方法，包括以下步驟：

步驟1：稱取2mmol六水合硫酸鎳，一定量的六水合硝酸鈰，溶于40mL水和丙三醇的混合溶劑中，得到混合溶液A；

步驟2：稱取一定量的尿素，溶于混合溶液A中，攪拌均勻后，得到溶液B；

步驟3：將步驟2所得的溶液B轉移到50mL反應釜中，在180-200℃的溫度下反應12-24h，反應完成后自然冷卻到室溫，將所得產物分離、洗滌、干燥后得到Ce摻雜NiO前驅體；

步驟4：將步驟3所得前驅體放入管式爐中煅燒，煅燒結束后得到最終產物Ce摻雜NiO納米帶。

進一步的，所述步驟1中，六水合硫酸鎳與六水合硝酸鈰的摩爾比為100:x，其中0＜x≤5。

進一步的，所述步驟1中，所述丙三醇的體積用量為0.5-5mL。