[发明专利]一种纳米氧化铁/铜复合材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种纳米氧化铁/铜复合材料及其制备方法与应用。所述纳米氧化铁/铜复合材料包括Fesubgt;3/subgt;Osubgt;4/subgt;纳米颗粒和铜纳米球，所述铜纳米球的粒径为100‑150nm。所述制备方法包括：使包含铜源、铁源、乙酸盐和溶剂的混合反应体系发生水热反应，制得纳米氧化铁/铜复合材料。本发明采用一步水热法制得纳米氧化铁/铜复合材料，制备工艺简单，且纳米氧化铁/铜复合材料具有优异的电化学性能；同时将纳米氧化铁/铜复合材料用于超级电容器电极材料时，其具有较高的比电容和能量密度，在超级电容器领域有极好的应用前景。

技术领域

本发明属于电容器材料技术领域，具体涉及一种纳米氧化铁/铜复合材料及其制备方法与应用。

背景技术

随着对清洁和可持续能源技术需求的不断增长，超级电容器因其快速的充放电速率、优异的比电容和卓越的循环稳定性而在混合动力电动汽车、集成电网和便携式电子设备中受到了极大的关注。目前，超级电容器从储能机理上可分为双电层电容和赝电容。双电层电容是涉及没有法拉第(氧化还原)反应的电解质离子的物理吸附/解吸，在过去的十年中，碳材料由于其表面积大、孔径可控和化学稳定性高而被广泛用作超级电容器的电极。然而，它们较差的导电性和单一的微孔结构更严重地影响了它们的电容性能，因为电解质难以完全进入内部孔隙，导致其难以具有较高的比电容和能量密度。而赝电容通过基于氧化还原的法拉第反应来存储电荷。与碳基电极材料相比，实现高比电容和高能量密度的赝电容材料更为重要(S.Huo，M.Liu，L.Wu，M.Liu，M.Xu，W.Ni and Y.M.Yan，J.Power Sources，2018，387，81-90.；C.Wang，D.Wu，H.Wang，Z.Gao，F.Xu and K.Jiang，J.Colloid.Interf.Sci.，2018，523，133-143.；J.Zhou，C.Zhang，T.Niu，R.Huang，S.Li，J.Z.Zhang and J.G.Chen，ACS Appl.Energy Mater.，2018，1，4599-4605.)。

目前，过渡金属氧化物，如RuO₂、MnO₂、Ni和Bi₂O₃是制备超级电容器最常见的电极材料，通常比双电层电容器显示出更高的比电容。然而在在其他金属氧化物中，Fe₃O₄因其制备简单、操作电位窗口宽、成本低、资源丰富和无毒等引人注目的优点而受到极大关注。但遗憾的是，Fe₃O₄循环稳定性差，容量损失大，聚集严重，电导率低(J.Li，Y.Wang，W.Xu，Y.Wang，B.Zhang，S.Luo，X.Zhou，C.Zhang，X.Gu，C.Hu，Porous Fe₂O₃ nanospheresanchored on activated carbon cloth for high-performance symmetricsupercapacitors，Nano Energy 57(2019)379-387.；C.Zhao，X.Shao，Y.Zhang，X.Qian，Fe₂O₃/reduced graphene oxide/Fe₃O₄ composite in situ grown on Fe foil forhigh-performance supercapacitors，ACS Appl.Mater.Interfaces 8(2016)30133-30142.；W.Wei，S.Yang，H.Zhou，I.Lieberwirth，X.Feng，K.Müüllen，3D graphene foamscross-linked with pre-encapsulated Fe₃O₄ nanospheres for enhanced lithiumstorage，Adv.Mater.25(2013)2909-2914)。因此，开发出一种新型且廉价的高性能超级电容器电极材料是有前途的研究内容。

发明内容