[发明专利]Co3O4-Au-MnO2三维分级异质纳米片阵列超级电容器材料的制备方法

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Co₃O₄-Au-MnO₂三维分级异质纳米片阵列超级电容器材料的制备方法。

背景技术

众所周知，能源是人类生存与发展的物质基础，目前人类面临着严重的能源危机。研发能量贮存和回收的节能装置，是解决能源问题的有效途径之一。电化学电容器作为一种新型储能器件，具有比传统电容器大得多的能量密度和比电池高得多的功率密度，集能量密度高、功率密度高、循环寿命长、充电时间短和贮存周期长等优点于一身。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炭材料、过渡金属氧化物和导电聚合物（P.Simon et al，Nat.Mater.2008,7,845.）。

在这些材料中，过渡金属氧化物中的四氧化三钴和二氧化锰被认为是最具吸引力的选择，因为它具有价格低廉、环境友好以及优越的电容性能，引起了广大科研工作者的广泛关注。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 et al，Nano Lett.2012,12,2559.）。然而锰氧化物的低导电性限制了其在高性能超级电容器方面的应用。为了提高所需性能，引入导电性优异的金属制备复合结构纳米材料逐渐引起了科学家的研究兴趣。

已有人用复杂方法将Au作为导电层沉积MnO₂制备了WO_3-x-Au-MnO₂复合材料，但是比电容仍然不足以满足市场需求。

因此，需要发展一种简单、方便的方法，制备环境友好的、拥有优异性能的多元过渡金属氧化物超级电容器材料。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种Co₃O₄-Au-MnO₂三维分级异质纳米片阵列超级电容器材料的制备方法，该方法操作简单，不需要特殊设备，所制得的三维分级异质结构、电化学性能优异的Co₃O₄-Au-MnO₂纳米片阵列分布均匀。

本发明的一种Co₃O₄-Au-MnO₂三维分级异质纳米片阵列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0.9V电位下电化学沉积，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Co₃O₄-Au-MnO₂三维分级异质纳米片阵列超级电容器材料。

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。