[发明专利]钴酸锌纳米片/碳纤维布复合材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种钴酸锌纳米片/碳纤维布复合材料及其制备方法与应用。所述制备方法包括：采用电化学方法对碳纤维布表面进行亲水化处理，获得亲水化碳纤维布；以所述亲水化碳纤维布作为对电极，并与工作电极、参比电极及第一电解液配合形成第一电化学体系，采用双向脉冲电沉积技术，从而制得锌钴水合氢氧化物/碳纤维布复合材料；以及，对所述锌钴水合氢氧化物/碳纤维布复合材料进行高温退火处理，获得钴酸锌纳米片/碳纤维布复合材料。本发明采用的电化学沉积体系是有机体系，制备的钴酸锌纳米片/碳纤维布复合材料中钴酸锌纳米片相比于其他方法和体系更为超薄；同时本发明采用双向脉冲电沉积技术，沉积的钴酸锌更为均匀。

技术领域

本发明属于电化学储能技术领域，具体涉及一种钴酸锌纳米片/碳纤维布复合材料及其制备方法与应用。

背景技术

能源在我国社会经济的全面发展中起着重要作用，也是现代社会各个领域稳定运行的基本条件，但是随着能源需求的增加，传统化石能源的大量使用使得生态环境不断恶化，研究新的无污染材料和技术是储能发展的必然方向。钴酸锌作为一种三元过渡金属氧化物，具有高的环境友好性、较高的理论容量且使用成本低，在超级电容器、催化等领域都有广泛的应用。钴酸锌的纳米化是发挥其材料优势的一种常用方法，比如纳米球、纳米立方体等，其中纳米片具有较大的比表面积，更有利于电子转移和离子传输。

目前现有的钴酸锌纳米片制备方法大多是水热法，将锌源、钴源及配体水溶液置于高温水热釜中经长时间反应后得到锌钴盐或锌钴水合氢氧化物，再经高温煅烧后可获得钴酸锌。而电化学沉积法则是在电场的作用下，锌离子、钴离子和配体离子迁移到导电基体表面并成核生长。但是，水热法生长纳米片需要的温度高、时间长，对设备的要求较高，且制备工艺影响因素较多，生长机理不明，钴酸锌产物形态和性能具有一定的不可控性；电化学沉积法都选择的导电性较好的水溶液体系。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种钴酸锌纳米片/碳纤维布复合材料及其制备方法与应用，以克服现有技术的不足。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

本发明实施例提供了一种钴酸锌纳米片/碳纤维布复合材料的制备方法，其包括：

采用电化学方法对碳纤维布(也称为碳布)表面进行亲水化处理，获得亲水化碳纤维布；

以所述亲水化碳纤维布作为对电极，并与工作电极、参比电极及第一电解液配合形成第一电化学体系，采用双向脉冲电沉积技术，在所述亲水化碳纤维布表面电沉积形成锌钴水合氢氧化物，从而制得锌钴水合氢氧化物/碳纤维布复合材料，其中，所述第一电解液为甲醇的盐溶液；

以及，对所述锌钴水合氢氧化物/碳纤维布复合材料进行高温退火处理，获得钴酸锌纳米片/碳纤维布复合材料。

本发明实施例还提供了由前述方法制备的钴酸锌纳米片/碳纤维布复合材料，其包括碳纤维布以及负载于所述碳纤维布的钴酸锌纳米片，所述钴酸锌纳米片的厚度为3～4nm，负载量0.5～2.0mg/cm²。

本发明实施例还提供了前述的钴酸锌纳米片/碳纤维布复合材料于超级电容器或催化领域中的用途。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

(1)本发明采用电化学方法对碳纤维布亲水化处理，相比于plasma法，操作简单方便，装置搭建简易，操作简单，绿色环保，使碳纤维布表面具有亲水性；

(2)本发明采用的电化学沉积技术(双向脉冲电沉积技术)相比于传统的水热法，操作简便，可控性和可重复性好，沉积的钴酸锌更为均匀，更有可能实现大批量的生产；

(3)本发明采用的电化学沉积体系是基于有机溶剂，填补了电化学沉积技术与溶剂体系选择之间存在的空白，溶剂甲醇分子对沉积离子的包围作用避免了沉积的混乱和无序，选择的双向脉冲电沉积技术抑制浓差极化，可以避免纳米材料大范围的团簇。