[发明专利]一种氧化钼/碳包覆氮化钛纳米管阵列复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种氧化钼/碳包覆氮化钛纳米管阵列复合材料及其制备方法和应用，所述材料包括氧化钼纳米膜和碳包覆氮化钛纳米管阵列膜；所述氧化钼纳米膜作为储电活性层，碳包覆氮化钛纳米管阵列膜导电基底层，氧化钼纳米膜完全覆盖在碳包覆氮化钛纳米管阵列膜的表面，形成一体化结构的氧化钼/碳包覆氮化钛纳米管阵列复合材料；所述氧化钼纳米膜具有纳米颗粒组装而成的微孔膜结构，碳包覆氮化钛纳米管阵列具有管壁相连、有序紧密排列的纳米管阵列结构。相对于现有技术，本发明所述材料具有更好导电性和电化学耐腐蚀性，同时，所得材料具有较高的能量密度和功率密度，且充放电循环稳定性好。

技术领域

本发明涉及一种氧化钼/碳包覆氮化钛纳米管阵列复合材料及其制备方法和应用，属于电化学新能源新材料技术领域。

背景技术

面临化学能源日渐枯竭、环境污染日益严重、地球温室效应不断加剧等问题，新能源开发、节能减排、环境保护等新型技术的开发已成为人类极其重要和迫切的课题。新能源产业在国民经济中扮演着越来越重要的角色。随着风力发电、光伏发电、可移动电子设备等领域的快速发展，高性能储能器件已经逐渐成为新能源转化和利用的技术瓶颈。

电化学电容器作为一种新型的储能器件，具有功率密度高、静电容量高和循环寿命比锂离子电池更长的优点，有望在新能源汽车、太阳能、风能等领域得到广泛的应用。高性能的电化学超级电容器可以应用于电动自行车、纯电动力或混合动力汽车的新能源动力装置，还可以拓展到太阳能、风能等可再生资源，形成我国绿色新能源产业的有机整体。目前用于超级电容器的电极材料主要是高比表面积的活性炭材料。氮化钛具有良好的导电性和机械稳定性，是一种新型的很有前景的电极材料，氮化钛已经被广泛的应用于光敏太阳能电池，燃料电池和超级电容器之中，有序多孔结构的氮化钛具有高的比表面积和适宜离子扩散的通道，高电导性氮化钛通常被用作电极基底材料，而氮化钛对锂离子可逆嵌入/脱嵌性能一般。

目前，现有技术中氮化钛材料虽然具有良好的导电性和机械稳定性，但是导电效果仍然不够理想，而且在电解质溶液中，特别是酸性溶液中的耐电化学腐蚀性能不够理想，充放电循环稳定性差。

发明内容

发明目的：为了解决上述技术问题，本发明提供了一种氧化钼/碳包覆氮化钛纳米管阵列复合材料及其制备方法和应用，兼具高的能量密度和功率密度以及充放电循环稳定性。

技术方案：为了实现上述发明目的，本发明公开了一种氧化钼/碳包覆氮化钛纳米管阵列复合材料，包括氧化钼纳米膜和碳包覆氮化钛纳米管阵列膜；所述氧化钼纳米膜作为储电活性层，碳包覆氮化钛纳米管阵列膜导电基底层，氧化钼纳米膜完全覆盖在碳包覆氮化钛纳米管阵列膜的表面，形成一体化结构的氧化钼/碳包覆氮化钛纳米管阵列复合材料；所述氧化钼纳米膜具有纳米颗粒组装而成的微孔膜结构，碳包覆氮化钛纳米管阵列具有管壁相连、有序紧密排列的纳米管阵列结构。

作为优选，所述氧化钼纳米膜是由氧化钼纳米颗粒组装而成的微孔膜，氧化钼纳米颗粒直径为50-90nm，纳米膜厚度为100～400nm，微孔膜结构的孔直径为300～800nm。

作为另一种优选，所述碳包覆氮化钛纳米管阵列是由氮化钛纳米管以及包覆在氮化钛纳米管内壁面上完整碳层构成，所述完整碳层即为碳包覆层，碳包覆层厚度2-10nm，氮化钛纳米管壁厚度为20～40nm，管直径为100～150nm，管高度为1～8μm。

本发明还提供了所述氧化钼/碳包覆氮化钛纳米管阵列复合材料制备方法，包括以下步骤：

(1)阳极氧化及煅烧法制备二氧化钛纳米管阵列材料：

建立两电极电化学反应体系，以钛片作为阳极，铂片作为阴极，氟化铵和水的乙二醇溶液作为反应电解质溶液，通过恒电压阳极氧化反应制备无定型态二氧化钛纳米管阵列材料；然后将无定型态二氧化钛纳米管阵列在空气气氛中进行高温煅烧处理制得晶体相二氧化钛纳米管阵列材料。