[发明专利]一种高比容量的Mn2O3纳米空心球电极材料及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明属于电极材料领域，特别涉及一种高比容量的Mn₂O₃纳米空心球电极材料及其制备方法与应用。

背景技术

超级电容器因具有较高的能量和功率密度，是现在新能源发展的重点。电极材料是影响超级电容器电容性能的关键因素之一。目前，贵金属氧化物RuO₂作为赝电容超级电容器的电极材料研究最为成功，具有优异的电容性能，但由于贵金属的资源短缺和价格昂贵，应用范围受到限制，不适用于大规模生产应用。空心纳米结构材料因其独特的中空结构，便于缓和材料反应过程中引起的体积膨胀，利于气体或液体在其内部的传输，同时具有比表面积大、传质距离短等优点，非常适用于超级电容器电极材料的研究与应用。近年来，将空心纳米结构材料用作超级电容器的电极材料，是现在超级电容器研究的重点。

经检索，现已成功制备出不同层过渡金属氧化物的空心结构：ZnO、Co₃O₄ 、Fe₂O₃和 SnO₂等，并用作超级电容器电极材料的研究，相比传统的实心纳米粒子，具有更高的比电容值和更长的循环寿命；经检索，还发现也已成功制备得到不同形貌的空心结构纳米材料：C@MoS₂空心盒、SnO₂空心球、Fe₂O₃ 空心盒、CoMn₂O₄空心管等，在电化学、电催化领域都有广泛的应用。

多层空心球制备的关键在反应条件的控制——盐溶液浓度、沉淀剂量、温度、时间以及煅烧时间与温度，均会对空心球壳层数控制带来影响。盐溶液浓度越小，碳模板表面越容易形成一层均匀的金属离子膜，越有利在模板表面形成均一的金属盐沉淀；空心球壳层数又正比于盐溶液浓度。因此，制备壳层不同的空心纳米材料是该技术领域的关键。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种高比容量的Mn₂O₃纳米空心

球电极材料及其制备方法与应用，通过本发明的制备方法，能够有效得到不同壳层的空心球。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种高比容量的Mn₂O₃纳米空心球电极材料，其创新点在于：所述空心球粒径为100 nm～2 um，球壳由Mn₂O₃纳米晶构成，为多孔结构。

一种上述的高比容量的Mn₂O₃纳米空心球电极材料的制备，其在于：所述制备方法包括如下步骤：

（1）将密度为0.1～0.131 g.ml^-3的蔗糖水溶液倒于填充值为0.6的水热反应釜中，170～210 ℃温度下，反应100～140 min；

（2）配置摩尔浓度为0.1～100 mM的Mn（AC）₂.4H₂O水溶液，并向其中加入0.6 g的碳球，先超声后搅拌至溶液分散均匀；

（3）向上述分散液中加入0.01～10 g的硫脲，搅拌至均匀，在80～100 ℃条件下加热搅拌4～12 h，离心水洗得到C@Mn（OH）₂前驱体，并于80 ℃，12 h烘干；

（4）将烘干后的C@Mn（OH）₂前驱体用玛瑙研钵研细得到的C@Mn（OH）₂粉末，在管式炉中，空气填充下煅烧400～500 ℃，1～3 h，即可得到不同壳层的Mn₂O₃纳米空心球电极材料。

进一步地，所述Mn₂O₃纳米空心球电极材料的壳层为一层、两层、三层和四层。

进一步地，步骤（1）中，所述蔗糖水溶液的密度为0.11～0.121 g.ml^-3，反应温度为180～200 ℃温度，时间为110～130 min。

进一步地，步骤（2）中，所述Mn（AC）₂.4H₂O水溶液的摩尔浓度为0.15～75mM。

进一步地，步骤（3）中，硫脲的质量为0.01～5 g，加热搅拌6～10h。

进一步地，步骤（4）中，煅烧温度为425～475 ℃，时间为80～150 min。