[发明专利]一种水滑石-聚（3,4-乙撑二氧噻吩）核壳结构超电容材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于超电容材料制备技术领域，特别涉及一种水滑石-聚(3，4-乙撑二氧噻吩)核壳结构超电容材料的制备方法。 

背景技术

超级电容器又称电化学电容器，它具有高容量、安全可靠、快速充放电等优点，是近十几年随着材料科学的发展而出现的新型储能元件。世界著名科技期刊美国《探索》杂志于2007年1月将超级电容器列为2006年世界七大技术发现之一，认为超级电容器是能量储存领域的一项革命性发展。进入二十一世纪后，电力紧缺，煤炭、石油等能源日趋枯竭，环境污染日益严重，对于全球经济运行和人类生活产生了巨大冲击。为了解决以上危机，人们开始寻找更多的可再生清洁能源，如：太阳能、风能等。但是，如何储存这些能量成为一个不容忽视的关键问题。因此，超级电容器等储能装置及材料的研究引起了广泛的研究兴趣。深入开展基于超级电容器的理论和应用的基础研究，不仅具有重要的科学研究价值，更重要的是在能量存储领域有着广阔的应用前景和现实意义。 

超级电容器作为一种新型储能元件，其性能和作用介于传统静电电容器和电池之间。根据储能机理的不同，超级电容器可以分为双电层电容器和法拉第赝电容器。双电层电容器主要利用电极和电解质界面的双电层来存储电荷；而赝电容则是基于电化学活性物质在电极的二维或者准二维空间发生吸附/脱附或者电化学氧化还原反应而引起的电容。由于储能机理的不同，法拉第赝电容通常比双电层电容具有更高的比电容和能量密度。在常见的赝电容材料中，RuO₂·xH₂O具有非常优越的性能，然而由于其价格昂贵，该类电容器难以实现民用商业化，目前仅在航空航天、军用装备上使用。相对价廉的其他过渡金属氧化物/氢氧化物(如MnO₂、NiO/Ni(OH)₂、Co₃O₄/Co(OH)₂等)近年来受到越来越多的关注，但该类材料存在共同的缺点：1)活性物质在电极表面易于团聚，处于块体内部的原子不能充分发生氧化-还原反应，导致了活性组分利用率较低，比电容和能量密度比理论值偏低；2)活性组分的导电性较差，在快速的充放电过程中电子不能有效传递，导致材料的倍率特性较差。前人的研究表明，层状材料由于具有较大的比表面积和易于接近的层内空间，可以使活性组分的利用率显著提高。因此，如何制备层状结构的电化学活性材料，并将其组装成有序阵列，是获得优异超电容材料的有效途径。 

含过渡金属(如Mn、Fe、Co、Ni等)的水滑石类层状材料，具有较高的比表面积和电化学活性，且对环境友好、容易合成，是很有发展前景的一类超电容材料。 

发明内容

基于含过渡金属LDHs类层状化合物的电化学活性，及其结构和组成的可调控性，本发明提供一种在导电基底上制备水滑石-聚(3，4-乙撑二氧噻吩)核壳结构电极材料的方法，并测量其超电容性能。 

本发明制备的超电容材料由具有电化学活性的水滑石和具有良好导电性的聚(3，4-乙撑二氧噻吩)组成。其技术方案为：首先制备水滑石阵列薄膜，然后采用电化学沉积法在水滑石纳米晶阵列上包覆一层聚(3，4-乙撑二氧噻吩)，形成核壳结构。 

本发明提供的水滑石-聚(3，4-乙撑二氧噻吩)核壳结构超电容材料的制备步骤如下： 

a.将可溶性无机盐M₁和M₂溶解于去离子水中配成混合盐溶液，其中M₁的浓度为5～20mmol/L，M₁和M₂的摩尔浓度比为1～3； 

b.将尿素和氟化铵溶于去CO₂去离子水中，分别配成浓度为0.02～0.05mol/L的A溶液和0.01～0.02mol/L的B溶液； 

c.取a步骤中制得的透明澄清溶液10～25ml，b步骤得到的A溶液5～15ml和B溶液5～20ml，三者混合于高压釜中，并放入导电基底，然后将高压釜密封，置入90～130℃的烘箱中，反应8～24小时后取出，用去离子水冲掉表面残余物，即在导电基底上得到水滑石阵列薄膜；