[发明专利]一种海星状δ-MnO2纳米片/碳纤维纸复合电极材料的制备方法

说明书

本发明属无机非金属材料制备领域，尤其涉及一种海星状δ‑MnO₂纳米片/碳纤维纸复合电极材料的制备方法。其以可溶性的锰盐和可溶性的亚硫酸盐在水溶液中充分混合溶解，将洗净并干燥好的碳纤维纸浸入上述混合溶液，经过水热反应，洗涤干燥后即得到海星状δ‑MnO₂纳米片/碳纤维纸复合电极材料。本发明制备方法的原料廉价易得、合成工艺简单易行、制备成本低、无污染物产生，所得产物形貌新颖，并且紧密的生长在碳纤维纸的纤维棒上。所合成的二氧化锰，其海星状结构的直径在300～500nm之间，海星状纳米片的厚度在10～30nm之间，且所合成材料分散均匀、形貌均一，可以直接用作超级电容器的电极材料。在1mol/L NaSO₄电解液中，电流密度为1A/g时，所得复合电极材料的比电容值高达336F/g。

技术领域

本发明属无机非金属材料制备领域，尤其涉及一种海星状δ-MnO₂纳米片/碳纤维纸复合电极材料的制备方法。

背景技术

超级电容器由于其高的功率密度、快的充放电速率、长的循环寿命以及较传统电容器更高的能量密度而作为下一代非常重要的储能装置，越来越受到人们的关注。超级电容器的性能主要取决于电极材料，报道用作超级电容器电极材料的主要包括碳材料、金属氧化物/氢氧化物和导电聚合物材料，在各种材料之中，二氧化锰由于其独特的物理化学性质被广泛的应作催化剂、磁性材料、锂离子电池和超级电容器。特别是，二氧化锰因为其价格低廉、原料资源丰富、环境友好以及高达1370F/g的理论比容而被认为是非常有前景的超级电容器的电极材料。

电极材料的电化学性能在很大程度上受到它们本身的晶体结构、尺寸、维度、特别是形貌结构的影响，因为这些因素可以在很大程度上影响电极材料的导电性和结构稳定性以及电解液离子在电极材料表面的扩散速率。在不同形貌的二氧化锰中，三维片状结构的二氧化锰由于其通常具备较好的电化学性能而受到广泛关注。

但是，在不添加任何模板剂或表面活性剂的情况下很难合成具有三维形貌的材料。目前，采用一步水热合成制备出海星状纳米片形貌的二氧化锰尚未见报道。

发明内容

本发明通过一步水热合成法制备出海星状δ-MnO₂纳米片/碳纤维纸复合电极材料。

本发明提供一种海星状δ-MnO₂纳米片/碳纤维纸复合电极材料的制备方法，其特征在于：将可溶性的高锰酸钾和亚硫酸盐在水溶液中充分溶解；将洗净并干燥好的碳纤维纸浸入到上述混合溶液中进行水热反应，待反应完全后，将所得产物洗涤、干燥后即得目的产物。

上述亚硫酸盐为亚硫酸钾或亚硫酸钠的一种或两种的混合物。

上述的可溶性高锰酸钾和可溶性亚硫酸盐的摩尔比为1:1.5。

上述的水热反应温度为100～160℃，水热反应时间为18～36h。

上述的干燥温度为70℃，干燥时间为12h。

本发明具备以下有益效果：

(1)本发明所提供的制备方法的原料廉价易得、资源丰富，合成工艺简单易行，合成产品质量稳定且工艺重复性好。

(2)本发明制备出了新颖的海星状二氧化锰纳米片阵列结构，并且所合成材料的尺寸较为均一、分散均匀，在合成过程中无需添加任何的模板剂或表面活性剂。

(3)本发明所制备的海星状二氧化锰纳米片有做超级电容器电极时，在1A/g电流密度下其比电容值高达336F/g。

附图说明

图1为本发明所制备的海星状二氧化锰纳米片/碳纤维纸复合电极材料的X射线衍射图。

图2为本发明所制备的海星状二氧化锰纳米片/碳纤维纸复合电极材料的扫描电镜图。