[发明专利]TiO2/石墨棒纳米片复合电极材料及其制备和应用

说明书

技术领域

本发明属于复合材料领域，涉及一种TiO₂/石墨棒纳米片复合电极材料，主要作为超级电容器电极。

背景技术

电化学电容器（Electrochemical capacitors）也称超级电容器（Supercapacitors），是近年来出现的一种化工新型储能装置，也是清洁或绿色能源技术的重要组成部分。它能提供比静电电容器更高的能量密度，比电池更高的功率密度和更长的循环寿命。此外，电化学电容器还具有对环境无污染、循环寿命长、安全性能高等特点。基于上述特点使得超级电容器具有广阔的应用前景，作为备用电源或独立电源其在通信工业、消费电子、医疗器械等领域已被广泛应用，并且其应用领域还在不断扩大。目前，电化学电容器因其优异的性能和广阔的应用前景，已成为新型化学电源研究领域的热点之一。

根据储能机理的不同可将超级电容器分为两种类型：一种是双电层电容器（Electric Double Layer Capacitors,EDLC）,另一种则被称为法拉第准电容器（Faraday Pseudocapacitors）。由于金属氧化物在电极/电解液面处产生的法拉第准电容远远大于碳材料产生的双电层电容，所以对金属氧化物的研究引起了许多研究工作者的重视。其中的TiO₂因其具有较大的比表面积，良好的电化学性能和化学稳定性而被作为一种电化学储能材料。

复合电极材料作为一种新型的超级电容器电极材料，不仅具有比较高的电容，较大的比表面积，而且还具有很好的循环稳定性，这些优点都是单一电极材料所不能具有的。此外，复合电极材料成本低廉，制备简便，对环境无污染，有很好的应用前景。

发明内容

本发明的目的是提供一种TiO₂/石墨棒纳米片复合电极材料。

本发明的另一目的是提供该TiO₂/石墨棒纳米片复合电极材料的制备方法。

本发明TiO₂/石墨棒纳米片复合电极材料，是以电化学剥离处理的石墨棒纳米片作为基底原料，以TiCl₃溶液作为电镀液，通过恒电位电沉积法于石墨棒纳米片基底表面沉积致密均匀的TiO₂而得。

本发明TiO₂/石墨棒纳米片复合电极材料的制备方法，是先将经清洗处理的石墨棒进行电化学剥离处理，得到石墨棒纳米片基底；再以浓度为0.1~0.4mol/L的TiCl₃溶液作为电镀液，以石墨棒纳米片基底作为工作电极，铂网作为辅助电极，饱和甘汞电极作为参比电极，在0.6~1.0V下恒电位电沉积4~20min；电沉积完毕后，用高纯水充分冲洗，于40℃~60℃下真空干燥，得TiO₂/石墨棒纳米片复合电极材料。

所述石墨棒为天然石墨棒，人工石墨棒，高温裂解石墨棒。

石墨棒的清洗处理工艺为：将石墨棒进行打磨处理使其圆面比较平整光滑，用高纯水反复超声清洗后置于4~6 mol/L的HCl溶液中刻蚀20 ~60min；刻蚀完毕后依次用水、丙酮溶液超声清洗，真空干燥。

所述石墨棒的电化学剥离处理工艺为：将经清洗的石墨棒置于0.01~0.05mol/L阴离子表面活性剂的水溶液中，控制电压在2~9V，于20℃~35℃下处理10~15h，洗涤，得到石墨棒纳米片基底。阳离子表面活性剂可采用十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、十六烷基磺酸钠等。

下面通过扫描电镜图、XRD图以及电化学工作站CHI660B对本发明制备的TiO₂/石墨棒纳米片复合材料的结构及性能作详细说明。