MnO2納米棒長(zhǎng)在Co3O4-Au納米片上的分級(jí)異質(zhì)結(jié)構(gòu)超級(jí)電容器材料的制備制造技術(shù)

本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)涉及一種MnO2納米棒長(zhǎng)在Co3O4-Au納米片上的分級(jí)異質(zhì)結(jié)構(gòu)超級(jí)電容器材料的制備方法，包括：（1）制備前驅(qū)體Co3O4納米片陣列；（2）利用等離子體濺射法在上述Co3O4納米片陣列的表面蒸鍍，得到Au薄膜覆蓋的Co3O4納米片陣列；（3）將上述Au薄膜覆蓋的Co3O4納米片陣列于0.2mA/cm2恒電流條件下電化學(xué)沉積，將MnO2包覆在Au薄膜覆蓋的Co3O4納米片陣列的表面；反應(yīng)完成后，將得到的產(chǎn)物清洗后干燥，最后煅燒，即得。本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)的制備方法操作簡(jiǎn)單，不需要復(fù)雜設(shè)備；本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)所制得的Co3O4-Au-MnO2納米片陣列為三元復(fù)合納米分級(jí)異質(zhì)結(jié)構(gòu)，電化學(xué)性能優(yōu)異，應(yīng)用前景廣闊。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專(zhuān)利技術(shù)屬于超級(jí)電容器材料的制備領(lǐng)域,特別涉及一種MnO2納米棒長(zhǎng)在Co3O4-Au納米片上的分級(jí)異質(zhì)結(jié)構(gòu)超級(jí)電容器材料的制備。
技術(shù)介紹
人類(lèi)目前面臨著能源緊缺的嚴(yán)重問(wèn)題，隨著全球能源價(jià)格的不斷攀升和環(huán)境的日益惡化，新能源技術(shù)越來(lái)越受到各方重視，成為解決未來(lái)能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。人們一方面尋找替代化石燃料的可再生能源，如太陽(yáng)能、風(fēng)能、地?zé)崮埽涣硪环矫妫_(kāi)發(fā)新的能源存儲(chǔ)技術(shù)，提高能源利用效率，滿(mǎn)足日益復(fù)雜的能源需求模式。電化學(xué)電容器作為一種新型環(huán)保儲(chǔ)能器件，具有比傳統(tǒng)電池高得多的功率密度和相比擬的能量密度，集能量密度高、功率 密度大、循環(huán)壽命長(zhǎng)、充電時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)于一身。在汽車(chē)、電力、鐵路、通訊、國(guó)防、消費(fèi)型電子產(chǎn)品等方面有著巨大的應(yīng)用價(jià)值和市場(chǎng)潛力，引起了國(guó)內(nèi)外科學(xué)家的廣泛興趣。目前廣泛用于超級(jí)電容器的電極材料有多孔碳材料、過(guò)渡金屬氧化物和導(dǎo)電聚合物(P. Simon etal, Nat. Mater. 2008, 7, 845.)。過(guò)渡金屬氧化物中，四氧化三鈷和二氧化錳是兩種極具發(fā)展?jié)摿Φ某?jí)電容器電極材料，其理論比電容分別為3560F/g和1400F/g，此外，四氧化三鈷和二氧化錳電極材料因其理論電容高、價(jià)格低廉和環(huán)境友好而備受親睞。目前各種形貌的四氧化三鈷和氧化錳材料都已被制備，而且方法多樣，例如化學(xué)沉淀法、固相法、溶膠凝膠法等等(R. B. Rakhietal, Nano Lett. 2012，12，2559.)。然而氧化錳電極材料的低導(dǎo)電性限制了其在超級(jí)電容器方面的應(yīng)用，為了提高綜合性能，與其他導(dǎo)電性能優(yōu)良的材料組成復(fù)合物材料電極已成為必然。目前已有文獻(xiàn)報(bào)道，將Au和MnO2做成薄膜制備了 Au-MnO2復(fù)合材料，但是制備條件苛刻不足以滿(mǎn)足市場(chǎng)需求。因此，研制一種制備方法簡(jiǎn)便，環(huán)境友好的新型多元復(fù)合過(guò)渡金屬氧化物超級(jí)電容器材料已成為必然的趨勢(shì)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專(zhuān)利技術(shù)所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種MnO2納米棒長(zhǎng)在Co3O4-Au納米片上的分級(jí)異質(zhì)結(jié)構(gòu)超級(jí)電容器材料的制備方法，該制備方法操作簡(jiǎn)單，不需要復(fù)雜設(shè)備，得到的Co3O4-Au-MnO2超級(jí)電容器材料為三維分級(jí)異質(zhì)結(jié)構(gòu)、電化學(xué)性能優(yōu)異。本專(zhuān)利技術(shù)的一種MnO2納米棒長(zhǎng)在Co3O4-Au納米片上的分級(jí)異質(zhì)結(jié)構(gòu)超級(jí)電容器材料的制備方法，包括(I)將泡沫鎳在含有DMSO的Co(NO3)2水溶液中于-IV電位下電化學(xué)沉積制備Co(OH)2納米片陣列，然后煅燒，得到前驅(qū)體Co3O4納米片陣列；(2)利用等離子體濺射法在上述Co3O4納米片陣列的表面蒸鍍，形成一層Au顆粒組成的薄膜，得到Au薄膜覆蓋的Co3O4納米片陣列；(3 )將上述Au薄膜覆蓋的Co3O4納米片陣列置于含有DMSO的Mn (CH3COO) 2和CH3COONH4的混合水溶液中，然后于O. 2mA/cm2恒電流條件下電化學(xué)沉積，將MnO2包覆在Au薄膜覆蓋的Co3O4納米片陣列的表面；反應(yīng)完成后，將得到的產(chǎn)物清洗后干燥，最后煅燒，即得。步驟(I)中所述的煅燒為在馬弗爐中煅燒。步驟(I)中所述的含有DMSO的Co(NO3)2水溶液中Co(NO3)2的濃度為O.01 O. 05mol/L。步驟(2)中所述的蒸鍍的時(shí)間為O. 5 3min。步驟(3 )中所述的含有DMSO的Mn (CH3COO) 2和CH3COONH4的混合水溶液中 Mn (CH3COO)2 的濃度為 O. 005 O. 02mol/L, CH3COONH4 的濃度為 O. θΓθ. 05mol/L。步驟(3)中所述的清洗為分別用乙醇、去離子水清洗1-3次。步驟(3)中所述的干燥為于60_80°C干燥3_5h。步驟(3)中所述的煅燒為在馬弗爐中煅燒2h.本專(zhuān)利技術(shù)中MnO2納米棒生長(zhǎng)于Co3O4-Au納米片上。本專(zhuān)利技術(shù)中采用的等離子體濺射法的具體操為(1)將金靶放入靶槽，將需要表面處理的樣品置于樣品旋轉(zhuǎn)臺(tái)上，閉合樣品臺(tái)旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)，蓋上玻璃罩；(2)開(kāi)啟機(jī)械泵，將真空度穩(wěn)定在7-10Pa，閉合離子流開(kāi)關(guān)，旋轉(zhuǎn)高壓旋鈕，調(diào)節(jié)高壓，使實(shí)驗(yàn)過(guò)程中電流穩(wěn)定在IOmA ； (3)沉積時(shí)間結(jié)束時(shí)關(guān)閉高壓，斷開(kāi)離子流開(kāi)關(guān)，最后開(kāi)啟充氣旋鈕使玻璃罩內(nèi)壓力恢復(fù)至大氣壓，最后取出樣品。本專(zhuān)利技術(shù)在電化學(xué)沉積技術(shù)條件下，利用不同條件下制備的前驅(qū)體合成MnO2納米棒陣列狀排布于Co3O4-Au納米片材料。本專(zhuān)利技術(shù)以常見(jiàn)的無(wú)機(jī)物溶液為原料，通過(guò)調(diào)控電化學(xué)沉積過(guò)程中反應(yīng)物的濃度、時(shí)間、溫度等實(shí)驗(yàn)參數(shù)，制備出三維Co3O4-Au-MnO2分級(jí)異質(zhì)結(jié)構(gòu)，得到大面積分布均勻的三維分級(jí)異質(zhì)結(jié)構(gòu)、電化學(xué)性能優(yōu)異的Co3O4-Au-MnO2納米片陣列。本專(zhuān)利技術(shù)通過(guò)簡(jiǎn)單的電化學(xué)沉積技術(shù)，成功合成了電化學(xué)性能優(yōu)異的Co3O4-Au-MnO2三元復(fù)合納米分級(jí)異質(zhì)結(jié)構(gòu)，將在探索新型電極材料的制備技術(shù)，篩選更為理想的、高比電容或體積能量密度、高充放電功率密度的電極材料，提高電化學(xué)電容器的性能，解決能源緊缺方面做出貢獻(xiàn)。本專(zhuān)利技術(shù)通過(guò)電化學(xué)沉積和等離子濺射技術(shù)，合成了 Co3O4-Au-MnO2三維分級(jí)異質(zhì)納米片陣列。制備的Co3O4-Au-MnO2三維分級(jí)異質(zhì)納米片陣列具有良好的電化學(xué)穩(wěn)定性，循環(huán)5000次電容損失很小。由于該方法制備簡(jiǎn)單，不需要復(fù)雜設(shè)備，制備產(chǎn)品分布均勻，所得三維分級(jí)異質(zhì)結(jié)構(gòu)電極材料的電化學(xué)性能也非常優(yōu)異。因此，本方法制備的Co3O4-Au-MnO2三維分級(jí)異質(zhì)納米片陣列在超級(jí)電容器、鋰離子電池材料等方面有廣闊的應(yīng)用前景。有益效果(I)本專(zhuān)利技術(shù)的制備方法操作簡(jiǎn)單，不需要復(fù)雜設(shè)備；(2)本專(zhuān)利技術(shù)所制得的Co3O4-Au-MnO2納米片陣列為三元復(fù)合納米分級(jí)異質(zhì)結(jié)構(gòu)，電化學(xué)性能優(yōu)異，可大大拓展電化學(xué)電容器材料的制備方法與應(yīng)用領(lǐng)域。附圖說(shuō)明圖I為本專(zhuān)利技術(shù)中制備的三維Co3O4-Au-MnO2分級(jí)異質(zhì)結(jié)構(gòu)的掃描電鏡圖片；圖2為本專(zhuān)利技術(shù)中制備的三維Co3O4-Au-MnO2分級(jí)異質(zhì)結(jié)構(gòu)的XPS圖片；圖3為本專(zhuān)利技術(shù)中制備的三維Co3O4-Au-MnO2分級(jí)異質(zhì)結(jié)構(gòu)的循環(huán)穩(wěn)定性測(cè)試圖片。具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本專(zhuān)利技術(shù)。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本專(zhuān)利技術(shù)而不用于限制本專(zhuān)利技術(shù)的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本專(zhuān)利技術(shù)講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本專(zhuān)利技術(shù)作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書(shū)所限定的范圍。本專(zhuān)利技術(shù)采用電化學(xué)沉積技術(shù)，通過(guò)調(diào)配特定的反應(yīng)溶液，將經(jīng)過(guò)除去表面氧化層的泡沫鎳作為工作電極浸入到反應(yīng)溶液中，沉積獲得Co3O4前驅(qū)體后蒸鍍Au薄膜，然后在另 一溶液中電化學(xué)沉積一定時(shí)間，制備電化學(xué)性能優(yōu)異的三維Co3O4-Au-MnO2分級(jí)異質(zhì)結(jié)構(gòu)。實(shí)施例I(I)利用泡沫鎳在含1% (體積濃度)DMSO的O. 02mol/L的Co (NO3) 2水溶液中-IV下電化學(xué)沉積制備Co(OH)2納米片陣列，然后在馬弗爐中煅燒(煅燒溫度250°C)，獲得黑色Co3O4納米片陣列；(2)再利用等離子體濺射法在獲得的Co3O4納米片表面蒸鍍O. 5min，得到Au薄膜覆蓋的Co3O4納米片陣列前驅(qū)體；(3)將上述前驅(qū)體置于含1% (體積濃度)DMSO的O. 005mol/L Mn (CH3COO) 2和O. Olmol/L CH3COONH4的混合水溶液中，然后用電化學(xué)沉積法在C本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種MnO2納米棒長(zhǎng)在Co3O4？Au納米片上的分級(jí)異質(zhì)結(jié)構(gòu)超級(jí)電容器材料的制備方法，包括：（1）將泡沫鎳在含有DMSO的Co(NO3)2水溶液中于？1V電位下電化學(xué)沉積制備Co(OH)2納米片陣列，然后煅燒，得到前驅(qū)體Co3O4納米片陣列；（2）利用等離子體濺射法在上述Co3O4納米片陣列的表面蒸鍍，形成一層Au顆粒組成的薄膜，得到Au薄膜覆蓋的Co3O4納米片陣列；（3）將上述Au薄膜覆蓋的Co3O4納米片陣列置于含有DMSO的Mn(CH3COO)2和CH3COONH4的混合水溶液中，然后于0.2mA/cm2恒電流條件下電化學(xué)沉積，將MnO2包覆在Au薄膜覆蓋的Co3O4納米片陣列的表面；反應(yīng)完成后，將得到的產(chǎn)物清洗后干燥，最后煅燒，即得。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種MnO2納米棒長(zhǎng)在Co3O4-Au納米片上的分級(jí)異質(zhì)結(jié)構(gòu)超級(jí)電容器材料的制備方法，包括 (1)將泡沫鎳在含有DMSO的Co(NO3) 2水溶液中于-IV電位下電化學(xué)沉積制備Co (OH) 2納米片陣列，然后煅燒，得到前驅(qū)體Co3O4納米片陣列； (2)利用等離子體濺射法在上述Co3O4納米片陣列的表面蒸鍍，形成一層Au顆粒組成的薄膜，得到Au薄膜覆蓋的Co3O4納米片陣列； (3)將上述Au薄膜覆蓋的Co3O4納米片陣列置于含有DMSO的Mn(CH3COO) 2和CH3COONH4的混合水溶液中，然后于O. 2mA/cm2恒電流條件下電化學(xué)沉積，將MnO2包覆在Au薄膜覆蓋的Co3O4納米片陣列的表面；反應(yīng)完成后，將得到的產(chǎn)物清洗后干燥，最后煅燒，即得。2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種MnO2納米棒長(zhǎng)在Co3O4-Au納米片上的分級(jí)異質(zhì)結(jié)構(gòu)超級(jí)電容器材料的制備方法，其特征在于步驟(I)中所述的煅燒為在馬弗爐中煅燒。3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種MnO2納米棒長(zhǎng)在Co3O4-Au納米片上的分級(jí)異質(zhì)結(jié)構(gòu)超級(jí)電容器材料的制備方法，其特征在于步驟(I)中所述的含有DMSO的Co (NO3)2水溶液中Co (NO3) 2 的濃度為 O....

【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：胡俊青，李文堯，李高，孫建慶，劉倩，安磊，王滕，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：東華大學(xué)，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：