一种锰酸钴多孔微米片/泡沫镍复合电极材料的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于无机非金属材料的制备技术领域，具体地说是涉及一种锰酸钴多孔微米片/泡沫镍复合电极材料的制备方法。
【背景技术】
[0002]超级电容器电极材料的优劣是影响其功率性能的重要因素。金属氧化物也是一类较有潜力的超级电容器电极材料。金属氧化物电容器的电容主要由赝电容提供，金属氧化物的赝电容是在电极表面或体相中的二维空间上，电活性物质进行欠电位沉积，发生高度可逆的化学吸咐、脱附或氧化还原反应产生的和电极充电位有关的电容。
[0003]人们对金属氧化物作为超级电容器电极材料做了较多研究，也取得了很大进展。目前的研究主要集中在简单的二元过渡金属氧化物，三元过渡金属氧化物通常包含两种不同的金属离子，由于在多种能源相关领域均具有潜在的应用而受到越来越多的关注。其中锰酸钴作为超级电容器电极材料是很有潜力。由于其导电性差而限制了其应用，如何提高其导电性成为了电极材料研究领域的重点内容。
【发明内容】
[0004]本发明旨在克服现有技术的不足之处而提供一种工艺简单，制备成本低，目的产物收率高，产品纯度高，具有较好电化学性能的锰酸钴多孔微米片/泡沫镍复合电极材料的制备方法。
[0005]为达到上述目的，本发明是这样实现的。
[0006]一种锰酸钴多孔微米片/泡沫镍复合电极材料的制备方法，系将洁净的泡沫镍浸入到草酸水溶液中，在室温并且搅拌的条件下，向上述溶液滴加可溶性钴盐和可溶性锰盐的混合水溶液；搅拌反应直到泡沫镍表面上生长出微米结构前驱体，取出泡沫镍，依次清洗、干燥和煅烧后即得目的产物。
[0007]作为一种优选方案，本发明所述草酸水溶液的摩尔浓度为0.1?2.0 mol/L ;所述室温在20?30 °C ;所述搅拌速度在100?150转/分钟；所述滴加溶液的速度为60?180滴/分钟；所述搅拌反应时间为10?30分钟。
[0008]作为另一种优选方案，本发明所述可溶性钴盐为硝酸钴或氯化钴的一种或其混合物，其摩尔浓度为0.05?0.5 mol/L ;所述可溶性锰盐为硝酸锰或氯化锰的一种或其混合物，其摩尔浓度为0.1?1 mol/L ;钴盐和锰盐的摩尔比保持为1:2 ;钴盐和草酸的摩尔比为
1:6 ?60ο
[0009]进一步地，本发明所述干燥时间为1?3小时，干燥温度为60?120 °C，升温速率为2?10 °C /分钟。更进一步地，本发明所述可溶性锰盐的摩尔浓度均为0.01?2.0mol/L。
[0010]更进一步地，本发明所述煅烧时间为2?5小时，煅烧温度为300?450 °C，升温速率为2?20 V /分钟。
[0011]1.本发明采用在导电基底表面原位生长金属氧化物电极材料，可有效提高活性物质利用率高、增大活性表面、提高材料的扩散传质性能。利用共沉淀-煅烧两步法，成功的制备了锰酸钴多孔微米片/泡沫镍复合电极材料。由于纳米级别的多孔道结构的存在，使得材料具有较大的比表面积和丰富的空隙，这些结构有利于电解质的浸润和电子的传输。这种锰酸钴多孔微米片/泡沫镍复合电极表现出优异的电化学性质，是一种非常有潜力的超级电容电极材料。这种优异的性质与锰酸钴多孔微米片/泡沫镍这一新颖的结构有密切的关系。
[0012]与现有技术相比，本发明具有如下特点。
[0013](1)本发明工艺路线简单，制备成本低，操作容易控制，具有较高的生产效率，通过对合成条件的有效控制，合成的锰酸钴具有多孔的纳米线阵列结构，增加了赝电容反应的有效活性位。锰酸钴牢固的生长在高导电性的泡沫镍金属表面，提高了活性材料的导电性會泛。
[0014](2)本发明制备目的产物锰酸钴多孔微米片/泡沫镍复合电极材料，其纯度高(99.90%?99.98%)，杂质含量低，分散性好(通过SEM图可以看出)。锰酸钴微米片的厚度在200~300 nm之间，长度在5~8μπι左右，宽度在1~2 μ m左右，纳米孔道的尺寸在10~20nm左右。
[0015](3)锰酸钴多孔微米片/泡沫镍复合电极材料，可以直接作为超级电容器电极，其比电容高，循环性能好，这种优异的性能与锰酸钴多孔结构有密切的关系。可满足工业应用领域对锰酸钴多孔结构电极材料产品的要求。
【附图说明】
[0016]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步说明。本发明的保护范围不仅局限于下列内容的表述。
[0017]图1为本发明所制备的锰酸钴多孔微米片/泡沫镍复合电极材料的X射线衍射花样图。
[0018]图2为本发明所制备的锰酸钴多孔微米片/泡沫镍复合电极材料的EDX谱图。
[0019]图3为本发明所制备的锰酸钴多孔微米片/泡沫镍复合电极材料的SEM形貌图。
[0020]图4为本发明所制备的锰酸钴多孔微米片/泡沫镍复合电极材料的SEM形貌图。
[0021]图5为本发明所制备的锰酸钴多孔微米片/泡沫镍复合电极材料的SEM形貌图。
[0022]图6为本发明所制备的锰酸钴多孔微米片/泡沫镍复合电极材料的SEM形貌图。
[0023]图7为本发明所制备的锰酸钴多孔微米片/泡沫镍复合电极材料的SEM形貌图。
[0024]图8为本发明所制备的锰酸钴多孔微米片/泡沫镍复合电极材料的SEM形貌图。
【具体实施方式】
[0025]将洁净的泡沫镍浸入到草酸水溶液中，在室温并且搅拌的条件下，向上述溶液滴加可溶性钴盐和可溶性锰盐的混合水溶液。搅拌反应直到泡沫镍表面上生长出微米结构前驱体，取出泡沫镍。依次清洗、干燥(干燥时间为1?3小时，温度为60?120 °C，升温速率为2?10 °C /分钟)。煅烧冷却后即得目的产物(煅烧时间为2?5小时，温度为300?450 V，升温速率为2?20 V /分钟)。
[0026]其制备步骤是。
[0027]( 1)将洁净的泡沫镍浸入到草酸水溶液中。
[0028](2)在室温并且搅拌的条件下，向上述溶液中滴加可溶性钴盐和可溶性锰盐的混合水溶液。
[0029](3)搅拌反应直到泡沫镍表面上生长出微米结构前驱体，取出泡沫镍，洗涤后放入烘箱中，程序升温速率为2?10 °C /分钟，在60?120 V条件下，干燥1?3小时。
[0030](4)上述干燥过后，将所得到的产品直接在马弗炉中煅烧，马弗炉中程序升温的升温速率范围在2?20 °C /min。煅烧时间为2?5小时，煅烧温度为300?450 °C。自然冷却后即制得锰酸钴多孔微米片/泡沫镍复合电极材料。
[0031]图1为本发明所制备的锰酸钴多孔纳米线的X射线衍射花样图(样品从泡沫镍表面刮下来测量)。
[0032]图2为本发明所制备的锰酸钴多孔微米片/泡沫镍复合电极材料的EDX谱图。其结果是，所得产品锰酸钴多孔结构电极材料由锰、钴和氧三种元素组成。
[0033]参见图3?8所示，为本发明所制备的锰酸钴多孔微米片/泡沫镍复合电极材料的扫描电镜(SEM)图，其结果是，所得产品锰酸钴多孔结构电极材料是片状形貌，并且均匀的生长在导电性高的泡沫镍表面。锰酸钴微米片的厚度在200~300 nm之间，长度在5~8 μπι左右，宽度在1~2 μm左右，纳米孔道的尺寸在10~20 nm左右。产品的分散性和均一性都很好。
[0034]实施例1。
[0035]将洁净的泡沫镍浸入到1.5 mol/L的草酸水溶液中，在温度为25 V，搅拌速度为100转/分钟的条件下，向草酸水溶液中滴加硝酸钴和硝酸锰的混合水溶液，其中硝酸钴摩尔浓度为0.25 mol/L，其中硝酸锰摩尔浓度为0.5 mol/L，滴加速度为120滴/分钟，最终硝酸钴和草酸的摩尔比为1:10。搅拌反应时间为15分钟。反应结束后，将泡沫镍取出洗