[发明专利]一种Cu掺杂α-Co(OH)2

说明书

本发明公开了Cu掺杂α‑Co(OH)₂互联接结构纳米片复合电极的制备方法，涉及纳米复合材料制备技术领域，采用含铜离子的电沉积液作为电沉积液，制备Cu掺杂α‑Co(OH)₂纳米片复合电极，显著提升了α‑Co(OH)₂纳米片复合电极的循环稳定性能，同时使得纳米片复合电极的厚度变薄且多孔化，提高了α‑Co(OH)₂纳米片复合电极的电容性能。

技术领域

本发明涉及纳米复合材料制备技术领域，尤其涉及Cu掺杂α-Co(OH)₂互联接结构纳米片复合电极的制备方法。

背景技术

超级电容器因具有高功率密度、良好的循环稳定性、安全环保等优点，得到了更广泛的关注。其中，纳米电极材料的发展对超级电容器的发展起到了至关重要的推动作用。超级电容器的电极材料主要有碳基材料、金属氧化物、金属氢氧化物和导电聚合物等。金属氧化物及氢氧化物作为电极材料因具有较高的理论容量而广泛应用。相对于氧化物来讲，以Co(OH)₂和Ni(OH)₂为代表的氢氧化物可以获得更高的比容量。Co(OH)₂和Ni(OH)₂是两种具有高活性的过渡族金属氢氧化物， Co(OH)₂作为超级电容器的电极材料有着特殊的层状晶体结构，层间距较大，因此，电解质离子可在层间快速的嵌入与脱嵌，使其具有良好的电化学性能。在碱性电沉积液中充放电时，发生两步氧化还原反应，首先被氧化成CoOOH, 接着进一步被氧化成CoO₂。Co(OH)₂的理论容量为3460 F g^-1, 远高于RuO₂的理论容量。但实际容量却远低于该理论容量，这是由于电极材料的利用率较低造成的，即Co(OH)₂没有充分地与电沉积液接触并完全发生储能化学反应，以及导电性较差，导致容量衰减，循环稳定性变差。

目前大部分研究通过将氢氧化物与导电集流体复合或制备三维纳米结构的电极活性物质来提高电极的导电性、电容性及循环稳定性。其中三维纳米结构的电极活性物质的制备方法有水热法、溶剂热法、球磨法和固相反应法等。

除此之外，电化学沉积方法也被用来制备电极材料，该方法清洁廉价、可控性强、适于规模化生产。通过对电化学沉积电流、电位、溶液浓度、pH值、温度以及所用基底等条件的控制，可以方便地控制材料的形貌及性能。

采用电化学沉积法制备的具有互联接结构的α-Co(OH)₂纳米片复合电极，能有效提高电极材料与电沉积液的接触，使得α-Co(OH)₂充分参与到存储电荷的电化学反应中，获得较高的电容容量。铜的掺杂使得α-Co(OH)₂纳米片的厚度变薄且多孔化，提升了材料的循环稳定性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中互联接结构的α-Co(OH)₂纳米片复合电极的缺陷，提供了Cu掺杂α-Co(OH)₂互联接结构纳米片复合电极的制备方法，大幅提高了α-Co(OH)₂纳米片复合电极的循环稳定性。

本发明提供了Cu掺杂α-Co(OH)₂互联接结构纳米片复合电极的制备方法，包括如下步骤：

基底预处理，裁切基底至预定尺寸，超声酸洗去除基底表面杂质，超声洗涤去除基底表面残留酸液和杂质，干燥，备用；

电化学沉积，配置包含0.01-0.02M钴离子和0.2-0.4M氯化铵的混合液，再加入铜盐溶液，使得铜离子的摩尔量为钴离子摩尔量3-10%，搅拌均匀，将处理后的基底作为工作电极，铂电极作为对电极，在上述混合液中进行电化学沉积，得到Cu掺杂α-Co(OH)₂纳米片复合电极。