一种多孔氧化铈复合材料的制备方法与流程

本发明属于复合材料制备方法技术领域，涉及一种多孔氧化铈复合材料的制备方法。

背景技术：

ceo2具有良好的氧化还原特性，但导电性和结构稳定性差。当ce⁴⁺还原为ce³⁺时，总是会发生晶格膨胀。因此，单独使用ceo2作为电极材料时性能不是很好。为了制备具有良好的电容性能，倍率性能，能量密度和循环稳定性的高性能超级电容器，将ceo2与碳材料或其他金属氧化物结合。过渡金属氧化物mno具有成本低，环境友好，理论比容量高等优点，是一种具有良好电化学性能的材料。而现有的实验方法都只是将ceo2和mno进行复合，并且制备出的氧化锰都是多价态的氧化锰，也并没有同时将ceo2、mno与c进行复合的制备方法，由于碳材料的导电性好，可以大大弥补ceo2的缺陷。因此，本发明将ceo2、mno与c结合以制造高性能超级电容器电极材料。将复合材料制备成多孔形貌，则可以增加材料的比表面积，从而进一步提高材料的电化学性能。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种多孔氧化铈复合材料的制备方法，制成多孔形貌的复合材料，电化学性能良好。

本发明所采用的技术方案是，一种多孔氧化铈复合材料的制备方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1，配制模板剂水溶液；

步骤2，分别配制硝酸铈铵水溶液和配制硝酸锰水溶液，然后将硝酸铈铵水溶液和硝酸锰水溶液混合，得到混合溶液a；

步骤3，将步骤1制得的模板剂水溶液加入到步骤2制得的混合溶液中，搅拌1h-5h，得到混合溶液b；

步骤4，将步骤3得到的混合溶液b进行洗涤，然后放入烘箱中在30℃-80℃温度下烘干，将干燥后的产物在氩气气氛下以1℃/min-10℃/min的升温速率升温至500℃-800℃下煅烧2h-6h，得到多孔ceo2/mno/c复合材料。

本发明的特点还在于，

步骤1中的模板剂为自羧甲基纤维素钠，模板剂水溶液的浓度为1％-5％。

步骤2中硝酸铈铵水溶液的浓度为0.0005mol/l-0.0015mol/l。

步骤2中硝酸锰水溶液的浓度为0.0005mol/l-0.0015mol/l。

步骤2中的硝酸铈铵水溶液和硝酸锰水溶液混合体积比为1-3：1-3。

步骤3中模板剂水溶液和混合溶液a的混合体积比为1-3：1-3。

步骤4中的洗涤使用的洗涤液为去离子水。

本发明的有益效果是，本发明以羧甲基纤维素钠为模板剂，采用模板法制备了多孔ceo2/mno/c复合材料，制备工艺简单、成本低、反应温度和反应时间易控制，产品导电性和结构稳定性好。

附图说明

图1为本发明一种多孔氧化铈复合材料的制备方法实施例1所制得的多孔ceo2/mno/c复合材料的xrd谱图；

图2为本发明一种多孔氧化铈复合材料的制备方法实施例2所制得的多孔ceo2/mno/c复合材料的raman图谱；

图3为本发明一种多孔氧化铈复合材料的制备方法实施例3所制得的多孔ceo2/mno/c复合材料的sem照片；

图4为本发明一种多孔氧化铈复合材料的制备方法实施例4所制得的多孔ceo2/mno/c复合材料的tem照片；

图5为本发明一种多孔氧化铈复合材料的制备方法实施例5所制得的多孔ceo2/mno/c复合材料用于超级电容器的循环稳定性图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明的一种多孔氧化铈复合材料的制备方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1，配制浓度为1％-5％的自羧甲基纤维素钠水溶液作为模板剂水溶液。

步骤2，分别配制浓度为0.0005mol/l-0.0015mol/l的硝酸铈铵水溶液和配制浓度为0.0005mol/l-0.0015mol/l的硝酸锰水溶液，然后将硝酸铈铵水溶液和硝酸锰水溶液按照体积比为1-3：1-3混合，得到混合溶液a；

步骤3，将步骤1制得的模板剂水溶液和步骤2制得的混合溶液a按照体积比为1-3：1-3混合，搅拌1h-5h，得到混合溶液b；

步骤4，将步骤3得到的混合溶液b使用去离子水进行洗涤，然后放入烘箱中在30℃-80℃温度下烘干，将干燥后的产物在氩气气氛下以1℃/min-10℃/min的升温速率升温至500℃-800℃下煅烧2h-6h，得到多孔ceo2/mno/c复合材料。

本发明在硝酸锰水溶液使用的是50％的硝酸锰。

实施例1

配制浓度为1％的羧甲基纤维素钠水溶液作为模板剂；另配制浓度为0.0008mol/l硝酸铈铵水溶液和浓度为0.0008mol/l的硝酸锰水溶液；然后取10l浓度为0.0008mol/l硝酸铈铵水溶液和10l浓度为0.0008mol/l的硝酸锰水溶液混合，得到混合溶液a；取10l模板剂水溶液加入到混合溶液a中，然后搅拌1h，得到混合溶液b；将搅拌好的混合溶液b用去离子水洗涤，然后放入烘箱中在40℃温度下烘干，干燥后将所得样品在氩气气氛下以2℃/min的升温速率，在500℃下煅烧2h，即得到多孔ceo2/mno/c复合材料。

如图1所示，实施例1所制得的多孔ceo2/mno/c复合材料的xrd谱图，从图1中可以看到所制备的样品确实有ceo2和mno。

实施例2

配制浓度为1％的羧甲基纤维素钠水溶液作为模板剂；另配制浓度为0.001mol/l硝酸铈铵水溶液和浓度为0.001mol/l的硝酸锰水溶液；然后取10l浓度为0.001mol/l硝酸铈铵水溶液和20l浓度为0.001mol/l的硝酸锰水溶液混合，得到混合溶液a；将10l模板剂水溶液加入到混合溶液a中，然后搅拌2h时，得到混合溶液b；将搅拌好的混合溶液b用去离子水洗涤；然后放入烘箱中在40℃温度下烘干，干燥后将所得样品在氩气气氛下以3℃/min的升温速率，在500℃下煅烧4h，即得到多孔ceo2/mno/c复合材料。

如图2所示，为实施例2所制得的多孔ceo2/mno/c复合材料的raman图谱，从图2中可看出所制备的样品确实是ceo2/mno/c的复合材料。

实施例3

配制浓度为2％的羧甲基纤维素钠水溶液作为模板剂；另配制浓度为0.001mol/l硝酸铈铵水溶液和浓度为0.0005mol/l的硝酸锰水溶液；然后将10l浓度为0.001mol/l硝酸铈铵水溶液和30l浓度为0.0005mol/l的硝酸锰水溶液混合，得到混合溶液a；将30l模板剂水溶液加入到混合溶液a中，然后搅拌1h；将搅拌好的混合溶液用去离子水洗涤；然后放入烘箱中在80℃温度下烘干，干燥后将所得样品在氩气气氛下以5℃/min的升温速率，在800℃下煅烧3h，即得到多孔ceo2/mno/c复合材料。

如图3所示，为实施例3所制得的多孔ceo2/mno/c复合材料的sem照片，从图3中可以看到所制备的材料是多孔形貌。

实施例4

配制浓度为3％的羧甲基纤维素钠水溶液作为模板剂；另配制浓度为0.0005mol/l硝酸铈铵水溶液和浓度为0.001mol/l的硝酸锰水溶液；然后将30l浓度为0.0005mol/l硝酸铈铵水溶液和10l浓度为0.001mol/l的硝酸锰水溶液混合，得到混合溶液a；将40l模板剂水溶液加入到混合溶液a中，然后搅拌5h，得到混合溶液b；将搅拌好的混合溶液b用去离子水洗涤；然后放入烘箱中在60℃温度下烘干，干燥后将所得样品在氩气气氛下以5℃/min的升温速率，在600℃下煅烧6h，即得到多孔ceo2/mno/c复合材料。

如图4所示，为实施例4所制得的多孔ceo2/mno/c复合材料的tem照片，从图4中进一步可以确定所制备的材料是多孔结构。

实施例5

配制浓度为5％的羧甲基纤维素钠水溶液作为模板剂；另配制浓度为0.0005mol/l硝酸铈铵水溶液和浓度为0.0015mol/l的硝酸锰水溶液；然后将20l浓度为0.0005mol/l硝酸铈铵水溶液和10l浓度为0.0015mol/l的硝酸锰水溶液混合，得到混合溶液a；将60l模板剂水溶液加入到混合溶液a中，然后搅拌1h，混合溶液b；将搅拌好的混合溶液b用去离子水洗涤；然后放入烘箱中在40℃温度下烘干，干燥后将所得样品在氩气气氛下以6℃/min的升温速率，在700℃下煅烧3h，即得到多孔ceo2/mno/c复合材料。

如图5所示，为实施例5所制得的多孔ceo2/mno/c复合材料用于超级电容器的循环稳定性图，根据循环稳定性图显示所制备的复合材料具有良好的电化学性能。

实施例6

配制浓度为3％的羧甲基纤维素钠水溶液作为模板剂；另配制浓度为0.0015mol/l硝酸铈铵水溶液和浓度为0.001mol/l的硝酸锰水溶液；然后将20l浓度为0.0015mol/l硝酸铈铵水溶液和30l浓度为0.001mol/l的硝酸锰水溶液混合，得到混合溶液a；将40l模板剂水溶液加入到混合溶液a中，然后搅拌3h，得到混合溶液b；将搅拌好的混合溶液b用去离子水洗涤；然后放入烘箱中在30℃温度下烘干，干燥后将所得样品在氩气气氛下以10℃/min的升温速率，在600℃下煅烧3h，即得到多孔ceo2/mno/c复合材料。

实施例7

配制浓度为5％的羧甲基纤维素钠水溶液作为模板剂；另配制浓度为0.0005mol/l硝酸铈铵水溶液和浓度为0.0015mol/l的硝酸锰水溶液；然后将10l浓度为0.0005mol/l硝酸铈铵水溶液和10l浓度为0.0015mol/l的硝酸锰水溶液混合，得到混合溶液a；将60l模板剂水溶液加入到混合溶液a中，然后搅拌3h，混合溶液b；将搅拌好的混合溶液b用去离子水洗涤；然后放入烘箱中在50℃温度下烘干，干燥后将所得样品在氩气气氛下以1℃/min的升温速率，在800℃下煅烧5h，即得到多孔ceo2/mno/c复合材料。

本发明以羧甲基纤维素钠为模板剂，将铈源和锰源直接混合，通过模板法一步制得具有多孔形貌的ceo2/mno/c复合材料，利用多孔结构巨大的比表面积以及碳良好的导电性，能够应用在超级电容器等领域。