[发明专利]二氧化钛纳米管阵列负载镍钴氧化物电极材料的制备方法

说明书

本发明涉及无定形碳包覆及氧空位修饰二氧化钛纳米管负载镍钴氧化物电极材料的制备方法，包括步骤：清洗钛片；阳极氧化法制备二氧化钛纳米管阵列；氩气气氛中焙烧，得到均匀无定形碳包覆及氧空位修饰的锐钛相纳米管；将无定形碳包覆及氧空位修饰的纳米管阵列放入硝酸镍、硝酸钴以及尿素的混合水溶液中化学浴沉积，得到前驱体；将前驱体放入管式炉中氩气气氛保护下焙烧得到最终产物。本发明采用化学浴技术在无定形碳包覆及氧空位修饰的二氧化钛纳米管阵列上均匀地负载上镍钴氧化物，且可通过调节前驱体硝酸镍和硝酸钴的摩尔浓度比例实现对复合电极材料电化学性能的优化；采用本发明的方法制备出的电极材料比电容高、循环性能好。

技术领域

本发明涉及一种无定形碳包覆及氧空位修饰二氧化钛纳米管阵列负载镍钴氧化物电极材料的制备方法，尤其是利用氩气保护气氛焙烧处理在二氧化钛纳米管阵列中引入无定形碳和氧空位，以及进一步通过化学浴沉积法，在无定形碳包覆及氧空位修饰二氧化钛纳米管上负载镍钴氧化物的方法。

背景技术

由于传统化石燃料大量消耗及其造成的越来越严重的环境污染问题，对于开发和研究高效率以及可持续发展的清洁能源越来越迫切。近年来，作为能量转化-储存-传输关系链中的核心部件，能量储存器件的重要性日益凸显。由于具备比电池更高的功率密度，比传统电容器更高的能量密度，以及循环寿命长、充放电速率快等优势，超级电容器吸引了大量的关注。在众多可用于超级电容器的金属氧化物/氢氧化物中，如NiO，Co₃O₄，MnO₂，Fe₃O₄等二元金属氧化物，RuO₂虽然具备高比电容(1580F g^-1)以及高循环稳定性，但是自然界中Ru元素的稀缺和其具备的毒性极大程度地限制了其大范围的应用。相比于二元金属氧化物，三元金属氧化物由于具备两种金属元素组成而拥有更多的价态，从而可发生更多的氧化还原反应，得到相比于单金属氧化物更高的比电容。其中，NiCo₂O₄被认为是最理想的材料之一，NiCo₂O₄拥有两种金属氧化物的优势，其导电性及电化学活性远高于单一镍、钴氧化物，且具备更高的电化学活性。在NiCo₂O₄中，Ni²⁺被引入到Co₃O₄晶格，取代四面体中Co²⁺和八面体中Co³⁺，因此在电化学反应中NiCo₂O₄中Ni²⁺/Ni³⁺和Co²⁺/Co³⁺氧化还原电子对可同时进行多电子反应，同时具有成本低廉，环境友好等优点，可作为理想的电极材料，具有巨大的应用价值。

近年来，二氧化钛基材料，特别是二氧化钛纳米管阵列，因其具备独特的物理化学性能、高度有序的结构、大的比表面积以及很强的离子交换或纳米粒子嵌入能力，而吸引较多的研究兴趣，而且二氧化钛纳米管阵列直接生长在金属钛基底上，与基底有较好的接触。但由于二氧化钛本身较差的电化学活性和导电性而限制了其进一步的应用。因此，许多研究致力于改善二氧化钛纳米管的缺陷，例如热处理、氢化、化学或电化学自掺杂以及碳化等方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用化学浴沉积技术在无定形碳包覆及氧空位修饰的二氧化钛纳米管阵列上均匀负载镍钴氧化物的电极材料，并通过调节前驱体溶液中硝酸镍与硝酸钴的摩尔浓度比例实现其电化学性能的优化，得到比容量高、循环性能好的电极材料。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

无定形碳包覆及氧空位修饰二氧化钛纳米管阵列负载镍钴氧化物电极材料的制备方法，包括以下步骤：其特征在于，包括以下几个步骤：

1)将纯度大于99.7％的钛片清洗、烘干；