[发明专利]MnO2纳米棒长在Co3O4-Au纳米片上的分级异质结构超级电容器材料的制备

说明书

技术领域

本发明属于超级电容器材料的制备领域，特别涉及一种MnO₂纳米棒长在Co₃O₄-Au纳米片上的分级异质结构超级电容器材料的制备。

背景技术

人类目前面临着能源紧缺的严重问题，随着全球能源价格的不断攀升和环境的日益恶化，新能源技术越来越受到各方重视，成为解决未来能源产业发展的关键环节。人们一方面寻找替代化石燃料的可再生能源，如太阳能、风能、地热能；另一方面，开发新的能源存储技术，提高能源利用效率，满足日益复杂的能源需求模式。电化学电容器作为一种新型环保储能器件，具有比传统电池高得多的功率密度和相比拟的能量密度，集能量密度高、功率密度大、循环寿命长、充电时间短等优点于一身。在汽车、电力、铁路、通讯、国防、消费型电子产品等方面有着巨大的应用价值和市场潜力，引起了国内外科学家的广泛兴趣。目前广泛用于超级电容器的电极材料有多孔碳材料、过渡金属氧化物和导电聚合物（P.Simon et al,Nat.Mater.2008,7,845.）。

过渡金属氧化物中，四氧化三钴和二氧化锰是两种极具发展潜力的超级电容器电极材料，其理论比电容分别为3560F/g和1400F/g，此外，四氧化三钴和二氧化锰电极材料因其理论电容高、价格低廉和环境友好而备受亲睐。目前各种形貌的四氧化三钴和氧化锰材料都已被制备，而且方法多样，例如化学沉淀法、固相法、溶胶凝胶法等等（R.B.Rakhi etal,Nano Lett.2012,12,2559.）。然而氧化锰电极材料的低导电性限制了其在超级电容器方面的应用，为了提高综合性能，与其他导电性能优良的材料组成复合物材料电极已成为必然。目前已有文献报道，将Au和MnO₂做成薄膜制备了Au-MnO₂复合材料，但是制备条件苛刻不足以满足市场需求。

因此，研制一种制备方法简便，环境友好的新型多元复合过渡金属氧化物超级电容器材料已成为必然的趋势。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种MnO₂纳米棒长在Co₃O₄-Au纳米片上的分级异质结构超级电容器材料的制备方法，该制备方法操作简单，不需要复杂设备，得到的Co₃O₄-Au-MnO₂超级电容器材料为三维分级异质结构、电化学性能优异。

本发明的一种MnO₂纳米棒长在Co₃O₄-Au纳米片上的分级异质结构超级电容器材料的制备方法，包括：

（1）将泡沫镍在含有DMSO的Co(NO₃)₂水溶液中于-1V电位下电化学沉积制备Co(OH)₂纳米片阵列，然后煅烧，得到前驱体Co₃O₄纳米片阵列；

（2）利用等离子体溅射法在上述Co₃O₄纳米片阵列的表面蒸镀，形成一层Au颗粒组成的薄膜，得到Au薄膜覆盖的Co₃O₄纳米片阵列；

（3）将上述Au薄膜覆盖的Co₃O₄纳米片阵列置于含有DMSO的Mn(CH₃COO)₂和CH₃COONH₄的混合水溶液中，然后于0.2mA/cm²恒电流条件下电化学沉积，将MnO₂包覆在Au薄膜覆盖的Co₃O₄纳米片阵列的表面；反应完成后，将得到的产物清洗后干燥，最后煅烧，即得。

步骤（1）中所述的煅烧为在马弗炉中煅烧。

步骤（1）中所述的含有DMSO的Co(NO₃)₂水溶液中Co(NO₃)₂的浓度为0.01~0.05mol/L。

步骤（2）中所述的蒸镀的时间为0.5~3min。