[发明专利]表面负载有MnO2纳米片的碳纳米管阵列电极及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种表面负载有MnO₂纳米片的碳纳米管阵列电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将六水合硝酸锌、六亚甲基四胺溶于去离子水，再加入氨水，搅拌均匀后得到混合溶液；

所述六亚甲基四胺和六水合硝酸锌的摩尔比为0.5～2.0；

所述氨水与去离子水的体积比为0.03～0.1；

所述混合溶液中Zn²⁺浓度为0.01～0.05mol/L；

2)将泡沫镍浸入混合溶液中，经70～110℃水热反应2～10h，再经后处理得到表面载有氧化锌纳米棒的泡沫镍，记为Ni/ZnO；

3)将步骤2)得到的Ni/ZnO浸入浓度为0.05～0.15mol/L的葡萄糖溶液中，取出后进行热处理得到载有氧化锌和碳纳米管的泡沫镍，记为Ni/ZnO/CNT；

所述热处理的温度为500～700℃，时间为2～10h；

4)将Ni/ZnO/CNT浸入浓度为1～3mol/L的NaOH水溶液中去除ZnO，经后处理得到载有碳纳米管的泡沫镍，记为Ni/CNT；

5)将Ni/CNT浸入0.005～0.2mol/L的KMnO₄水溶液中，经60～100℃水热反应2～5h，经洗涤、干燥后再进行二次热处理，得到表面负载有MnO₂纳米片的碳纳米管阵列电极，记为Ni/CNT/MnO₂；

所述二次热处理的温度为200～400℃，时间为1～3h。

2.根据权利要求1所述的表面负载有MnO₂纳米片的碳纳米管阵列电极的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述的泡沫镍需进行预处理，具体为：

将泡沫镍在0.5mol/L的高锰酸钾水溶液中浸泡1h，洗涤后待用；

所述水热反应的温度为80～100℃。

3.根据权利要求1所述的表面负载有MnO₂纳米片的碳纳米管阵列电极的制备方法，其特征在于，步骤3)中，Ni/ZnO在葡萄糖溶液中的浸泡时间为2～10h。

4.根据权利要求1所述的表面负载有MnO₂纳米片的碳纳米管阵列电极的制备方法，其特征在于，步骤4)中，Ni/ZnO/CNT在NaOH水溶液中的浸泡时间为24～72h。

5.根据权利要求1所述的表面负载有MnO₂纳米片的碳纳米管阵列电极的制备方法，其特征在于，步骤5)中，所述水热反应的温度为80～90℃；

所述的二次热处理在Ar气氛下进行。

6.一种根据权利要求1～5任一权利要求所述的方法制备的表面负载有MnO₂纳米片的碳纳米管阵列电极，其特征在于，以三维多孔泡沫镍为基体，基体上直接生长载有MnO₂纳米片的碳纳米管阵列，MnO₂纳米片均匀负载于碳纳米管表面，将碳纳米管完全包覆，形成核壳结构CNT/MnO₂，所述核壳结构CNT/MnO₂的直径为400nm～1μm。

7.根据权利要求6所述的表面负载有MnO₂纳米片的碳纳米管阵列电极，其特征在于，所述的MnO₂由片状结构的δ-MnO₂堆砌而成，形成多孔结构，单片δ-MnO₂的尺寸为100～300nm，厚度为2～5nm；

所述的碳纳米管呈开裂态，并呈非晶态，长度为2～4μm，直径为200～600nm，壁厚为5～10nm。

8.根据权利要求7所述的表面负载有MnO₂纳米片的碳纳米管阵列电极，其特征在于，所述表面负载有MnO₂纳米片的碳纳米管阵列电极中MnO₂纳米片的承载量为0.4～0.5mg/cm²；

碳纳米管的承载量为0.04～0.1mg/cm²。

9.一种根据权利要求6所述的表面负载有MnO₂纳米片的碳纳米管阵列电极在锂空电池中的应用。