[发明专利]一种Co3O4核壳结构纳米材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种Co₃O₄核壳结构纳米材料的制备方法，以泡沫镍为基底支撑，两歩简单的水热法进行复合，合成了具有相同晶型的Co₃O₄核壳结构纳米材料，增大了两物质的晶格匹配度，提高了复合结构的稳定性，具有较高的容量，将本发明制备的Co₃O₄核壳结构纳米材料应用于非对称超级电容器能有效提高电容器的能量密度。

技术领域

本发明属于电容器用材料领域，具体涉及一种Co₃O₄核壳结构纳米材料及其制备方法，还涉及Co₃O₄核壳结构纳米材料的应用。

背景技术

在环境和能源问题日益严重的情况下，寻找一种新型储能装置日益迫切，作为最有希望的候选者之一的超级电容器，也称为电化学电容器，由于其高功率密度、快速充电能力、较长的循环寿命、良好的安全性、无污染和低维护成本等因素引起了研究者的极大兴趣。它是一种介于传统物理电容器和化学电池之间的新型储能器件，既具备传统电容器高倍率充放电性能，又具备化学电池储存电荷的能力，填补了两者之间的空白。但它致命的缺点就是能量密度较低，从而导致与电池同等能量密度的电容器有着很大的体积和重量，阻碍了超级电容器的广泛应用。因此提高电容器的能量密度是广大研究者们的一致追求。

根据不同的电荷存储机制，超级电容器可分为双电层电容器和赝电容器。前者是利用离子和电子在电解液和电极表面分离形成的界面双电层来存储能量，后者基于电极表面，电活性物质进行欠电位沉积，发生快速可逆的氧化还原反应或高度的化学吸脱附来储存电能。但无论是上述哪一种超级电容器，其能量密度均低于电池，成为了限制其在储能领域大规模应用的瓶颈。

发明内容

针对上述不足，本发明提供了一种Co₃O₄核壳结构纳米材料的制备方法，以泡沫镍为基底支撑，两歩简单的水热法进行复合，合成了具有相同晶型的Co₃O₄核壳结构纳米材料，增大了两物质的晶格匹配度，提高了复合结构的稳定性，具有较高的容量；同时核壳结构具有较大的比表面积，可提供更多的活性位点，使得其具有高于单体Co₃O₄的电化学活性，并且核壳结构同时也具有协同作用，因此，有效的提高了单一组分电极材料的电导率，从而表现出有益的电化学性能，将本发明制备的Co₃O₄核壳结构纳米材料应用于非对称超级电容器能有效提高电容器的能量密度。

为了实现上述目的，采用以下技术方案：

一种Co₃O₄核壳结构纳米材料的制备方法，包括以下步骤：

a、将可溶性钴盐、氟化铵和尿素溶解于去离子水中搅拌均匀制得溶液A；

b、将所述溶液A与预处理后的泡沫镍进行第一次水热反应，制得覆盖前驱体的泡沫镍；

c、将与步骤a中相同的可溶性钴盐和六亚甲基四胺溶于去离子水和有机醇的混合溶剂中，制得溶液B；

d、将所述覆盖前驱体的泡沫镍与所述溶液B进行第二次水热反应后，煅烧制得Co₃O₄核壳结构纳米材料。通过两歩水热法使用相同的可溶性钴盐制备的分级结构，具有相同的晶型，有效的降低了不同晶格的不匹配性，从而提高了分级结构的稳定性以及循环性能，并且分级结构能够有效防止团聚，便于离子、电子的快速转移，使得更多的材料参与电化学反应，来增强电化学性质。

优选的，所述的可溶性钴盐为CoCl₂·6H₂O或Co(NO₃)₂·6H₂O。