[发明专利]一种MoO3与有序介孔碳复合电极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种通过真空超声辅助液相法合成的MoO₃与有序介孔碳复合电极材料的制备方法，属于高效能源材料技术领域。

背景技术

由于微电子技术的迅猛发展，功率密度和能量密度介于传统电容器和二次电池的新型储能元件——电化学电容器得到迅速发展。目前，介孔碳材料作为超级电容器电极材料在保持高比表面积的同时，能够有效扩大其孔径，在大电流放电情况下仍可以满足离子的快速迁移，显示出良好的电容性能。同时，过渡金属氧化物，具有多变的价态和价电子层构型，它们的化学反应和晶体结构类型也相当丰富。作为电极材料有很好的应用潜力。2003年，Jiang等通过化学气相法在介孔碳材料中注入RuO₂·xH₂O，进行材料复合，其比电容比单一介孔碳材料有显著提高。但是传统的浸渍法容易产生金属氧化物颗粒团聚的问题。此外，化学气相注入等高温处理很容易造成孔道结构坍塌及物相改变。因此选择介孔碳材料作为主体材料，制备一种在较低温下，可控性好，低成本，客体材料均匀装载的制备方法具有重要意义。本发明设计首次采用具有优良有序介孔孔道结构的介孔碳作为主体材料，过渡金属氧化物三氧化钼作为客体材料，在介观尺度上实现主-客体组装。使得主体材料介孔碳作为有序结构载体，能够均匀负载客体材料三氧化钼，组装为MoO₃与有序介孔碳复合材料。

发明内容

本发明旨在提供一种MoO₃与有序介孔碳复合电极材料及其制备方法。利用有序介孔碳的双电层电容和过渡金属氧化物的赝电容协同作用，提高电化学电容器的性能。

本发明的一种MoO₃与有序介孔碳复合电极材料的制备，利用液相合成法进行主客体组装，步骤为：

1)、在293K，将钼氧化物前驱液过氧钼酸溶胶(MoO₃·0.5H₂O₂·H₂O)和有序介孔碳载体混合通过液相合成法组装，通过真空搅拌和超声法辅助组装，超声1小时以上，用去离子水过滤，洗涤至滤液无色，得到黑色产物，其中，钼氧化物前驱液过氧钼酸溶胶浓度为0.1～0.8mol/L；有序介孔碳和过氧钼酸溶胶(MoO₃·0.5H₂O₂·H₂O)按摩尔比例1∶0.12～0.96混合；

2)、将步骤1)产物在623K温度下，通入氮气保护气氛，进行热处理，即得到MoO₃与有序介孔碳复合电极材料，MoO₃纳米颗粒均匀装载于有序介孔碳中。

该方法制备出的MoO₃与有序介孔碳复合电极材料，具有有序介孔孔道结构，MoO₃纳米颗粒作为客体材料，均匀装载于有序介孔碳主体材料中，产物中MoO₃颗粒为尺寸小于4nm的纳米颗粒，有序介孔碳与MoO₃纳米颗粒的质量分数比例为1∶0.01～0.18，解决了金属氧化物在负载过程中容易团聚，主客体组装困难的问题。

本发明的制备工艺简单，对设备要求低，可操作性好，同时降低了电极的生产成本；对于钼氧化物这类具有层状结构，多价态的过渡金属氧化物，在低温下就可以实现主客体装载，避免了在高温处理的过程中可能导致的孔道坍塌和价态变化。

附图说明

图1是实施例1产物的低角度XRD图谱，图中插图为局部放大图

图2是实施例1产物的广角XRD图谱

图3是实施例1产物的XPS全谱图谱

图4是实施例1产物的Mo 3d XPS图谱

图5是实施例1产物的特征氮气吸附-脱附等温线

图6是实施例1产物的孔径分布图

图7是实施例1产物的TEM图像

图8是实施例1产物CMK-3的TEM图像

图9是实施例1产物作为电极在1mol/L KNO₃溶液中的循环伏安曲线

图10是实施例1产物作为电极在1mol/LKNO₃溶液中的恒流充放电曲线

图1所示的MoO₃与有序介孔碳复合材料的低角度XRD图谱的衍射峰的位置对应二维六方结构的(100)面，与有序介孔材料的低角度XRD图谱相吻合，表明产物具有有序介孔结构。