[发明专利]一种三维“纳米珠帘状”复合金属氮/氧化物及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种三维“纳米珠帘状”复合金属氮/氧化物，是采用以导电支架材料为电极和支撑，在其表面生长复合金属氧化物前驱体，然后通过热处理和氮化，形成负载导电支架材料上的复合金属氮/氧化物的方法制得；该复合金属氮/氧化物是在导电支架材料上以复合金属氧化物纳米片连接的复合金属氮化物纳米微球形成三维“纳米珠帘”状，其中复合金属氧化物纳米片尺寸为100～500nm，复合金属氮化物纳米微球直径为5～50nm，复合金属氮/氧化物在导电支架上的负载量为0.1～0.5mg/cm²。本发明操作工艺简单，较低的成本及较高的电容性能使得复合金属氮/氧化物的结合在储能方面有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种三维“纳米珠帘状”复合金属氮/氧化物及其制备方法与在制备电容器电极材料中的应用。

背景技术

近年来超级电容器及电化学电容器以其高能量密度及功率密度等优势备受关注。取得高能量密度及功率密度的关键很大程度上依赖于电极材料的选择与制备。除了传统的双电层电容器外，赝电容的电容器也备受瞩目。传统的赝电容电容器电极材料主要为Mn，Ni，Co等金属氧化物、氢氧化物或两者的混合。但是该类电极材料由于导电性等问题导致电容器存在倍率性能差，电容性能较低等弊端。

为改善上述缺点，将金属氧化物杂原子化或杂原子掺杂以引进丰富的官能团以实现提高赝电容电容器的性能。目前金属氮化物引起广大科研人员的探讨兴趣。金属氮化物与金属氧化物相比具有许多优越特性，例如高反应活性、优良的电子特征及良好的催化效果等。此外由于金属氮化物的价位较低，因此其在储能领域也有较大的潜能，是较为理想的阳极材料。传统的金属氮化物为CoN、CrN、VN或氮化铁等，但该类氮化物因其稳定性及合成工艺复杂等，用做电极材料时，电容器倍率性能低，循环稳定性差，仍需要进一步改善。因此迫切需要开发新型氮化物材料作为高性能赝电容材料，以解决现有材料和技术的缺陷。经检索，有关三维“纳米珠帘状”复合金属氮/氧化物及其制备方法与在制备电容器电极材料中的应用还未见报道。

发明内容

针对目前赝电容材料性能的不足，以及氮化物材料的制备和性能限制，本发明提供了一种具有高性能赝电容三维“纳米珠帘状”复合金属氮/氧化物及其制备方法与在制备电容器电极材料中的应用。

为获得上述具有高性能赝电容的三维“纳米珠帘状”复合金属氮/氧化物材料，本发明采用的技术方案及反应机理是：利用恒电压电化学沉积方法，在导电基底上制备出分布均匀的复合金属氧化物前驱体，通过煅烧获得复合金属氧化物，然后通过相应的气氛中进一步热处理，实现复合金属氧化物的氮化过程，从而获得目标复合金属氮/氧化物。通过结合金属氧化物的稳定性及金属氮化物的高反应活性实现具有高性能赝电容三维“纳米珠帘状”复合金属氮/氧化物的制备。

具体的，本发明所述的三维“纳米珠帘状”复合金属氮/氧化物，是采用以导电支架材料为电极和支撑，在其表面生长复合金属氧化物前驱体，然后通过热处理和氮化，形成负载导电支架材料上的复合金属氮/氧化物的方法制得；其特征在于：所述三维“纳米珠帘状”复合金属氮/氧化物是在导电支架材料上以复合金属氧化物纳米片连接的复合金属氮化物纳米微球形成三维“纳米珠帘”状，其中复合金属氧化物纳米片尺寸为100～500nm，复合金属氮化物纳米微球直径为5～50nm，复合金属氮/氧化物在导电支架上的负载量为0.1～0.5mg/cm²；该复合金属氮/氧化物结构中复合金属氧化物是纳米片为代表的二维钴酸镍纳米片，复合金属氮化物是纳米微球为代表的三维镍钴氮和/或是纳米颗粒为代表的二维镍钴氮；所述导电支架材料为多孔金属材料，选泡沫镍、泡沫钛、泡沫铜中的一种，导电支架材料的尺寸为1×4cm²～4×8cm²，沉积面积为1×1cm²～1×4cm²。