[发明专利]一种四氧化三钴、钼酸钴核壳异质结构纳米线阵列、制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，具体涉及一种四氧化三钴、钼酸钴核壳异质结构纳米线阵列、制备方法及其应用。

背景技术

随着科学技术突飞猛进的发展以及电子产品的更新换代，超级电容器电极材料的研究已经引起了研究者们的极大兴趣。目前，传统的超级电容器电极材料主要有以下几类：碳材料类电极材料、导电聚合物类电极材料、金属氧化物类电极材料。

然而，在实际应用中，人们发现，这些传统的电极材料或多或少都存在各自的缺陷，如：活性面积小，导电性差、电容量低，循环时间短，能量密度和功率密度小，由于这些缺陷的存在，很难满足现实中更高的应用需求。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种四氧化三钴、钼酸钴核壳异质结构纳米线阵列，以四氧化三钴纳米线为骨架，在其外部包覆钼酸钴纳米薄膜材料。

本发明还提供了一种两步法可控制备四氧化三钴、钼酸钴核壳异质结构纳米线阵列的方法。

本发明还提供了一种四氧化三钴、钼酸钴核壳异质结构纳米线阵列的应用。

本发明提供的一种四氧化三钴、钼酸钴核壳异质结构纳米线阵列，以四氧化三钴纳米线为骨架，在其外部包覆钼酸钴纳米薄膜材料，该结构垂直生长、排列整齐，具有规则的三维异质结构。

本发明提供的一种四氧化三钴、钼酸钴核壳异质结构纳米线阵列的制备方法，包括以下步骤：

a、清洗泡沫镍；

b、将六水氯化钴、氟化铵、尿素溶解于二次蒸馏水中混合均匀，得到混合液，放入反应釜中，清洗后的泡沫镍浸入混合液中，密封反应，冷却、清洗、干燥、煅烧，得到生长着四氧化三钴纳米线阵列的泡沫镍；

c、将二水钼酸钠、尿素溶解于二次蒸馏水中得到混合液，放入反应釜中，生长着四氧化三钴纳米线阵列的泡沫镍浸入混合液中，密封反应，冷却、清洗、干燥，煅烧，得到四氧化三钴、钼酸钴核壳异质结构纳米线阵列。

步骤a中清洗方法为：将表面有杂质的泡沫镍依次放入稀盐酸、乙醇、二次蒸馏水中进行超声清洗，超声清洗时间分别为10-20min。

进一步的，步骤b为：将六水氯化钴、氟化铵、尿素按加入二次蒸馏水中混合均匀，得到混合液，加入反应釜中，将清洗后表面洁净的泡沫镍浸入混合液中，反应釜密闭，加热反应，冷却至室温，依次用乙醇、二次蒸馏水冲洗干净，室温干燥，然后在300-400℃空气氛下煅烧3h，即制得四氧化三钴纳米线阵列；

步骤b中氟化铵在混合液中浓度≥0.008mol L^-1，六水氯化钴的浓度≥0.002mol L^-1，尿素的浓度≥0.01mol L^-1，二次蒸馏水的体积≥35mL；所述加热反应条件为在100℃下反应8h。

进一步的，步骤c为：将二水钼酸钠、尿素按二次蒸馏水中搅拌，形成均匀，得混合溶液，将步骤b制备的生长着四氧化三钴纳米线阵列的泡沫镍浸入混合溶液中，一同放入反应釜中，反应釜密闭，加热反应，冷却至室温，乙醇清洗，室温干燥，然后在300℃空气氛下煅烧3h，得到四氧化三钴、钼酸钴核壳异质结构纳米线阵列。

步骤c中二水钼酸钠在混合溶液中浓度为0.001-0.2mol L^-1，尿素的浓度≥0.001mol L^-1；所述加热反应条件为在100-200℃下反应2-20h。

本发明提供的一种四氧化三钴、钼酸钴核壳异质结构纳米线阵列，作为超级电容器的电极材料的应用。

本发明提供的一种两步法制备四氧化三钴、钼酸钴核壳异质结构纳米线阵列材料的方法，是在密闭的高温高压反应釜中，采用二次蒸馏水作为反应溶剂，加入六水氯化钴、氟化铵、尿素混合均匀，通过加热反应体系，产生一个高压环境而制备四氧化三钴纳米线材料，随后，采用二次蒸馏水作为反应溶剂，加入二水钼酸钠、尿素混合均匀，将含有的四氧化三钴纳米线材料的泡沫镍浸入混合溶液，通过加热反应体系产生高压环境而制备钴四氧化三钴、钼酸钴核壳异质结构纳米线阵列材料的一种有效方法。

与现有技术相比，本发明制备方法产物纯度高、分散性好、晶形好且可控制，生产成本低，重现性好。所制备出的四氧化三钴、钼酸钴核壳异质结构纳米线阵列生长在泡沫镍上，可直接作为超级电容器的电极材料，实现了长的循环稳定性、大的具体电容、高的能量密度和功率密度，而且和多孔的镍钴双金属氢氧化物组装成柔性的非对称超级电容器，进一步增大了电压范围，提高了能量密度和功率密度，很容易的将商业用途的LED灯点亮，在能量存储方面具有潜在的应用价值。

附图说明