[发明专利]一种泡沫镍基底负载钴酸铜纳米线阵列材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种泡沫镍基底负载钴酸铜纳米线阵列材料及其制备方法。其技术方案是：将二水合氯化铜、六水合氯化钴和尿素溶于去离子水中，搅拌，得到混合溶液；将混合溶液转入高压反应釜中，再将预处理过的泡沫镍浸入到混合溶液中，水热反应10～12h，冷却，洗涤，干燥，得到前躯体；将前躯体置于管式气氛炉中，空气气氛中升温至400～450℃，保温，冷却，制得泡沫镍基底负载钴酸铜纳米线阵列材料。所制制品的钴酸铜纳米线与三维孔洞结构的泡沫镍相结合，形成泡沫镍孔洞与紧密排列纳米线嵌套的三维结构。本发明具有工艺简单、操作方便和环境友好的特点。所制备的泡沫镍基底负载钴酸铜纳米线阵列材料形貌规整、比容量高、倍率性能好、循环性能优异。

技术领域

本发明属于钴酸铜纳米线阵列材料技术领域。具体涉及一种泡沫镍基底负载钴酸铜纳米线阵列材料及其制备方法。

背景技术

为了缓解日益增长的环境挑战和化石燃料的快速消耗，发展可持续能量存储系统和生态友好型能源已成为当务之急。超级电容器作为介于传统电容器和蓄电池之间的新型储能器件，具有充电速度快、功率密度高、循环寿命长、环境友好和安全性高等优点，成为最具潜力的下一代能量存储装置之一。目前电容器电极材料主要分为三大类：碳材料、过渡金属氧化物和导电聚合物，电极材料的种类本质上决定了电容器性能的发挥，因此选择合适的电极材料对于电容器的应用极为重要。

尖晶石结构的钴酸铜来源广泛、价格低廉且对环境友好，作为一种多混合价态的三元过渡金属氧化物，不仅具有更低的电荷转移活化能，还因其法拉第氧化还原反应过程中的多重价态具有更高的电化学活性和电导率，是合适的电极材料。然而钴酸铜作为正极材料也面临着电极粉化、体积膨胀等问题，从而导致电化学性能降低。目前，大多数正极材料的循环性能只能达到5000次。

研究者们致力于通过设计不同微观结构的电极材料来改善上述问题：文献《LiuS,Hui K S,Hui K N.Flower-like Copper Cobaltite Nanosheets on Graphite Paperas High-Performance Supercapacitor Electrodes and Enzymeless Glucose Sensors[J].ACS Applied MaterialsInterfaces,2016,8(5):3258-3267》报道了通过水热反应制得花状的CuCo₂O₄纳米片正极材料，电流密度为10Ag^-1下，经5000次循环下的电容保持率为79.7％。文献《Y.Wang,D.Yang,J.Lian,J.Pan,T.Wei,Y.Sun,Cedar leaf-like CuCo₂O₄directly grow on nickel foam by a hydrothermal/annealing process as anelectrode for a high performance symmetric supercapacitor,Journal of Alloysand Compounds(2018),doi:10.1016/j.jallcom.2017.12.005》报道了一种叶状的CuCo₂O₄制备方法，在2000次循环下的电容保持率为88％，主要原因为该材料形貌不够均一规整，容易造成颗粒聚集，从而导致其循环性能的下降。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的缺陷，目的在于提供一种工艺简单、操作方便、环境友好的泡沫镍基底负载钴酸铜纳米线阵列材料的制备方法；用该方法制备的泡沫镍基底负载钴酸铜纳米线阵列材料形貌规整、比容量高、倍率性能好且循环性能优异。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案的步骤是：

步骤1、按二水合氯化铜∶六水合氯化钴∶尿素的摩尔比为3∶6∶28配料，再按二水合氯化铜的浓度为0.003～0.015mol/L，将所述二水合氯化铜、所述六水合氯化钴和所述尿素溶于去离子水中，在室温条件下搅拌，得到混合溶液。