[发明专利]一种钴酸镁多孔纳米线阵列/泡沫镍复合电极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于无机非金属材料的制备技术领域，具体地说是涉及一种钴酸镁多孔纳米线阵列/泡沫镍复合电极材料的制备方法。

背景技术

随着世界能源危机的到来，生产和制造性能卓越的供电设备(例如超级电容器、锂离子电池等)变得越来越重要。过渡金属氧化物因其多样的价电子结构，丰富的物理和化学性质，以及在光电、催化、磁性以及超级电容器等领域的应用成为当今研究的热点。超级电容器电极材料的优劣是影响其功率性能的重要因素。金属氧化物也是一类较有潜力的超级电容器电极材料。

人们对金属氧化物作为超级电容器电极材料做了较多研究，也取得了很大进展。目前的研究主要集中在简单的二元过渡金属氧化物，三元过渡金属氧化物通常包含两种不同的金属离子，由于在多种能源相关领域均具有潜在的应用而受到越来越多的关注。而三元尖晶石结构的钴基金属氧化物更是其中的佼佼者。在三元尖晶石结构的钴基金属氧化物中除了含有氧元素、钴元素外，还含有另外一种金属元素。如钴酸锌、钴酸镁、钴酸镍、钴酸铜、钴酸镁等。其中钴酸镁作为超级电容器电极材料的很有潜力，其理论的比电容值为3122F/g,目前报道的值只有320F/g，还有很大的提升空间（参见：KrishnanSG,ReddyMV,HarilalM,etal.CharacterizationofMgCo₂O₄asanelectrodeforhighperformancesupercapacitors[J].ElectrochimicaActa,2015,161:312-321）。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的不足之处而提供一种工艺简单，制备成本低，目的产物收率高，产品纯度高，具有较好电化学性能的钴酸镁多孔纳米线阵列/泡沫镍复合电极材料的制备方法。

为达到上述目的，本发明是这样实现的。

一种钴酸镁多孔纳米线阵列/泡沫镍复合电极材料的制备方法，其特征在于:将可溶性镁盐、可溶性钴盐、尿素和氟化铵在醇/水混合溶液中充分溶解。洗净并干燥好的泡沫镍浸入到上述混合溶液中,进行水热反应，洗涤干燥后得到长有纳米线列阵的泡沫镍，再经过干燥、煅烧冷却后即得目的产物。

作为一种优选方案，本发明所述可溶性镁盐为硝酸镁或氯化镁的一种或两种的混合物；所述可溶性钴盐为硝酸钴或氯化钴的一种或两种的混合物。

作为另一种优选方案，本发明所述可溶性镁盐、可溶性钴盐、尿素和氟化铵的摩尔比依次为1:2:12:4～40。

进一步地，本发明所述醇/水混合溶液中的醇为甲醇、乙醇、乙二醇、正丙醇或异丙醇中的一种或两种以上的混合物，且醇与水的体积比为１∶0.1～100。

更进一步地，本发明所述可溶性镁盐的摩尔浓度均为0.01～2.0mol/L。

更进一步地，本发明所述水热反应温度在110～160°C，反应时间为6～12小时。

更进一步地，本发明所述干燥时间为1～3小时，干燥温度为60～120°C，升温速率为2～10°C/分钟。

更进一步地，本发明所述煅烧时间为2～5小时，煅烧温度为300～450°C，升温速率为2～20°C/分钟。

本发明采用在导电基底表面原位生长金属氧化物电极材料，可有效提高活性物质利用率高、增大活性表面、提高材料的扩散传质性能。利用水热-煅烧两步法，成功的制备了钴酸镁多孔纳米线阵列/泡沫镍复合电极材料。由于多孔纳米线阵列结构的存在，使得材料具有较大的比表面积和丰富的空隙，这些结构有利于电解质的浸润和电子的传输。这种钴酸镁多孔纳米线阵列/泡沫镍复合电极表现出优异的电化学性质，是一种非常有潜力的超级电容电极材料。这种优异的性质与钴酸镁多孔纳米线阵列/泡沫镍这一新颖的结构有密切的关系。

与现有技术相比，本发明具有如下特点。

（1）本发明工艺路线简单，制备成本低，操作容易控制，具有较高的生产效率，通过对合成条件的有效控制，合成的钴酸镁具有多孔的纳米线阵列结构，并且牢固的生长在高导电性的泡沫镍金属表面形成复合材料。

（2）本发明制备目的产物钴酸镁多孔纳米线阵列/泡沫镍复合电极材料，其纯度高（99.90％～99.98％），杂质含量低，分散性好（通过SEM图可以看出）。钴酸镁纳米线的直径在20~50nm之间。长宽在3mm左右。

（3）钴酸镁多孔纳米线阵列/泡沫镍复合电极材料，可以直接作为超级电容器电极，其比电容高，循环性能好，这种优异的性能与钴酸镁多孔纳米线阵列结构有密切的关系。可满足工业应用领域对钴酸镁多孔结构电极材料产品的要求。