[发明专利]有序纳米管阵列结构电极材料及其制备方法和储能应用

权利要求书

1.一种有序纳米管阵列结构的电极材料，其特征是以钛基二氧化钛纳米管为电极载 体，在其管壁面上负载修饰电化学活性的金属氧化物，构建有序排列的、同轴异质纳米 管阵列结构的功能电极材料，其中纳米管的管径50-200nm，壁厚10-20nm，长度0.2-50μm。

2.根据权利要求1所述的有序纳米管阵列结构的电极材料，其特征是电化学活性金 属氧化物包括过渡金属氧化物、贵金属氧化物和它们的复合物。

3.根据权利要求2所述的有序纳米管阵列结构的电极材料，其特征是电化学活性金 属氧化物为NiO，MnO₂，Co₂O₃，V₂O₅，RuO₂，IrO₂或Ta₂O₅。

4.一种权利要求1所述的有序纳米管阵列结构的电极材料的制备方法，其特征在于：

首先，采用自模板阳极氧化反应合成方法制备有序纳米管阵列结构的钛基二氧化钛 电极载体，然后，建立三电极电化学反应体系，以有序纳米管阵列结构的钛基二氧化钛 电极载体为工作电极、铂片为对电极、甘汞电极或者银-氯化银电极为参比电极、浓度为 0.005～0.05M过渡金属离子或贵金属离子水溶液为工作电解质，通过循环电还原-电氧化 反应，在纳米管壁面上原位合成电化学活性的金属氧化物包覆层，制备出基于二氧化钛 纳米晶骨架的、大面积有序排列的、异质纳米管阵列结构的功能电极材料；在纳米管壁 面上原位合成电化学活性的金属氧化物包覆层的方法为以下两种方法之一：

方法一：以0.02M Ni(Ac)₂水溶液为反应电解质，以-1.0mAcm^-2恒电流条件下电还 原反应8min，在二氧化钛纳米管载体上生成金属镍沉积层，然后在1.0M NaOH水溶液 电解质中，工作电极电势在0至0.9V vs.SCE范围内循环伏安扫描15min，电氧化反应 生成氢氧化镍沉积层，最后通过300℃热处理脱水反应2h生成NiO-TiO₂有序纳米管阵列 结构的超级电容器电极材料；

方法二：以RuCl₃(0.02M)-HCl(0.005M)水溶液为反应电解质，以-1.0mA cm^-2恒电 流电还原反应30min，在二氧化钛纳米管载体上生成金属钌沉积层；然后以1.0M H₂SO₄水溶液为工作电解质中，工作电极电势在0至1.0V范围内循环伏安扫描15min，电氧化 反应生成水合氧化钌沉积层。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：

自模板阳极氧化反应合成方法为：建立双电极电化学反应体系，以金属钛片为阳极、 铂片为阴极、含氟离子化合物的水溶液或含氟离子化合物的有机溶液为电解质、电化学 工作电压控制在20至80V、反应时间控制在0.5至60h，通过电化学阳极氧化反应制备 出在钛片两面都垂直生长纳米管的二氧化钛，以此纳米管为自模板进行至少二次的阳极 氧化反应，制备出管墙独立、管孔分布均一、管径可以调控的有序纳米管阵列结构的钛 基二氧化钛电极载体。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于含氟离子化合物为氟化氢、氟化铵 或氟化钠。

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于含氟离子化合物的有机溶液中的有 机溶剂为乙二醇、丙三醇或N，N-二甲基乙酰胺。