[发明专利]一种双壳层核壳结构的Fe3O4@C@MnO2复合材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种双壳层核壳结构的Fe₃O₄@C@MnO₂复合材料的制备方法，该方法采用逐步包覆的方式最终制备得到具有核壳间距的Fe₃O₄@C@MnO₂复合材料，并且Fe₃O₄@C@MnO₂复合材料的核壳间距具有可控性，本发明制备方法简单，制备过程安全，可操作性强且不需要利用模板。同时相比于传统Fe₃O₄@C复合材料，本发明制备得到的Fe₃O₄@C@MnO₂复合材料由于引入具有高比电容的二氧化锰，从而使得制备得到的Fe₃O₄@C@MnO₂复合材料在超级电容器方面具有潜在的应用。

技术领域

本发明涉及一种双壳层核壳结构的Fe₃O₄@C@MnO₂复合材料及其制备方法，属于纳米材料合成技术领域。

背景技术

超级电容器是一种新型绿色储能元件，它因为拥有较大的比表面积、良好的导电性、多层次结构等优点被广泛关注。而金属氧化物、碳材料是实现超级电容器电荷存储释放的主要材料，在众多金属氧化物中，Fe₃O₄由于来源丰富，廉价无毒而成为一种潜在的超级电容器电极材料。但是Fe₃O₄材料本身的电导率偏低及循环过程中易发生凝聚，导致该材料的循环性能及倍率性能均较差，限制了该材料的实际应用。而MnO₂拥有很高的比电容，其理论比电容量可达到1400F g^-1，但MnO₂的导电性较差，使得MnO₂的应用受到限制。而碳材料拥有比表面积高、电导率高、循环寿命高等优点，引起广泛的关注和研究，Fe₃O₄与碳材料和MnO₂材料复合能够增加其比电容、倍率性能和循环寿命等性质，进而提高在电化学领域中的应用。Pu等通过水热法和葡萄糖的碳化制备出了核 -壳复合材料Fe₃O₄@C，其材料可用于超级电容器的电极材料，其比电容在0.5A g^-1时为110.8F g^-1(Jun Pu,Ling Shen,and ShiyuZhu,J.Solid State Electrochem., 2014,18,1067–1076)。Sinan等用水热碳化和MgO模板法制备了多孔Fe₃O₄@C 复合材料，该材料用于超级电容器的电极材料，其比电容在1A g^-1时为136F g^-1 (Neriman Sinan,Ece Unur.Mater,Chem.Phys.,2016,183,571-579)。以上两种方法制备的Fe₃O₄@C复合材料作为电极材料所表现出的比电容都较低。

综上所述，有必要进一步研究新的方法制备以制备新颖的Fe₃O₄@C复合材料，以满足超级电容器的应用并扩大其应用范围。

发明内容