纳米结构超级电容器电极材料的制备方法
【技术领域】
[0001 ]本发明属于电容器电极材料的制备领域，特别涉及一种泡沫镍为基底的CoMo04纳米结构超级电容器电极材料的制备方法。
【背景技术】
[0002]随着科学技术的进步和人类生活水平的提高，我们对能源的需求量越来越大。为了满足人类对能源的需求，研究人员开发了大量基于电化学存储的能量存储装置。在众多电化学能量存储装置中，超级电容器因为具有充电时间短、循环寿命长以及功率密度高等优点而备受关注。然而较低的能量密度制约了超级电容器在实际生活中的应用，为此，人们开发了赝电容电容器来提高超级电容器的能量密度。过渡金属元素由于具有多种氧化价态而成为研发赝电容超级电容器的不二选择。(Di Guo et al ,Nano Energy ,8，174-182)。
[0003]由于其可实现的氧化态以及较高的电子电导率等特性，二元金属氧化物在超级电容器电极材料的应用中具有很多优于一元金属氧化物的性能。并且由于其成本低、来源广和环境友好等特点，使得二元金属氧化物被视为一种高效、前景广阔的超级电容器电极材料。其中，钼酸钴电极材料具有很好的稳定性和倍率性能，是一种很有前景的赝电容材料。目前研究人员通过固相法、水热法等方法制备了各种形貌的CoMo04纳米材料，如纳米颗粒、纳米片等。(Di Guo’et al.J.Mater.Chem.A,2013,1,7247-7254.)但是这些方法工艺复杂而且成本较高，在超级电容器领域中的应用并不十分突出。因此，还需要开发合适的材料，使CoMo04优异的电化学性能可以在开发高比电容、高能量密度、高充放电功率密度的超级电容器的工作中有所应用，为解决能源紧缺问题做出贡献。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是提供一种泡沫镍为基底的C0M0O4纳米结构超级电容器电极材料的制备方法，本发明的制备方法简单、时间短、成本低，制得的电极材料具有较高的电化学活性，比电容可达2.1F cm—2。
[0005]本发明的一种泡沫镍为基底的C0M0O4纳米结构超级电容器电极材料的制备方法，包括:
[0006](1)硝酸钴、钼酸钠、乙醇和水配制得到前驱体溶液；
[0007](2)将上述前驱体溶液加入反应釜内胆中，搅拌混匀；
[0008](3)将泡沫镍放入步骤(2)的反应釜内胆中，密封，然后进行水热反应，冷却，洗涤，干燥，得到泡沫镍为基底的纳米结构超级电容器电极材料，热处理，即得结晶良好的CoMo04纳米结构超级电容器电极材料。
[0009]所述步骤(1)中硝酸钴和钼酸钠的摩尔比为1:1。
[0010]所述步骤(1)中乙醇和水的体积比为10-20:10-30。
[0011]所述步骤(1)中前驱体溶液中，硝酸钴、钼酸钴的浓度均为10—llO—5mol/L。
[0012]所述步骤(2)中前驱体溶液在反应釜内胆中的填充量为50-90%。
[0013]所述步骤(3)中泡沫镍为:清洗后的泡沫镍，其中清洗为依次用稀盐酸、去离子水和酒精超声清洗。
[0014]所述步骤(3)中密封为反应釜内胆用不锈钢反应釜密封。
[0015]所述步骤(3)中水热反应为:置于烘箱中，加热进行水热反应，水热反应温度为120-200°C，时间为2-20h。
[0016]所述步骤(3)中洗涤为分别用乙醇、去离子水洗涤3-5次;干燥为60-80°C干燥2-6次。
[0017]所述步骤(3)中热处理具体为:在保护气氛中，350_600°C下热处理0.5_10h。
[0018]所述保护气氛为:在氮气或氩气气氛。
[0019]本发明采用水热合成技术，通过调配特定的反应溶液，将经过清洗的泡沫镍浸入到反应溶液中，在不添加表面活性剂的情况下，在较高温度的条件下，水热反应较短时间就可制备得到泡沫镍为基底的CoMo04纳米结构超级电容器电极材料。步骤1的目的在于获得适于CoMo04自组装纳米结构生长的反应溶液；步骤3中置于烘箱中处理的目的在于获得C0M0O4纳米结构生长的水热条件。
[0020]本发明在无后续使用低表面能物质修饰产品表面的基础上，以常见的无机物为原料，乙醇作为结构导向剂，通过调控水热反应过程中反应物的浓度、时间、温度等实验参数，以泡沫镍为基底制备CoMo04纳米结构超级电容器电极材料，得到大面积分布均匀、电化学性能优异的CoMo04纳米结构超级电容器电极材料，并且当改变反应参数时，可以改变CoMo04纳米材料的尺寸与形貌。
[0021]有益效果
[0022](1)本发明制备方法操作简单，不需要复杂设备，成本低廉；
[0023 ] (2)本发明所制得的C0M0O4自组装纳米材料面积大，分布均匀；
[0024](3)本发明只需较短的时间就可制得结构完整、性能优异的CoMo04纳米材料；
[0025](4)本发明所制得的CoMo04自组装纳米材料具有优异的电化学性能，可大大拓展电化学电容器材料的制备方法与应用领域。
【附图说明】
[0026]图1为本发明中制备的泡沫镍为基底的CoMo04纳米结构超级电容器电极材料的扫描电镜图片；(a)实施例1中得到的C0M0O4低倍扫描电镜照片，(b)实施例1中得到的C0M0O4高倍扫描电镜照片；
[0027]图2为本发明中制备的泡沫镍为基底的CoMo04纳米结构超级电容器电极材料的扫描电镜图片；(a)实施例2中得到的CoMo04低倍扫描电镜照片，(b)实施例2中得到的CoMo04高倍扫描电镜照片；
[0028]图3为本发明中制备的泡沫镍为基底的Cο Μ ο 0 4纳米结构超级电容器电极材料的XRD图片；
[0029]图4为本发明中制备的泡沫镍为基底的C0M0O4纳米结构超级电容器电极材料的电化学性能测试图；(a)实施例1中得到的CoMo04的循环伏安曲线图，(b)实施例1中得到的C0M0O4的恒电流充放电曲线图。
【具体实施方式】
[0030]下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
[0031]实施例1
[0032]利用lmmol硝酸钴、lmmol钼酸钠、15ml水和15ml乙醇配制成CoMoCU前驱体溶液，在聚四氟乙烯材料的反应釜内胆中装入上述前驱体溶液，搅拌50min使前驱体溶液混合均匀；
[0033]将泡沫镍依次用浓度为1M的盐酸、去离子水和酒精超声清洗15min后，放入反应釜内胆中，然后用不锈钢反应釜密封，置于约180°C的烘箱中反应4h，反应完成后自然冷却至室温，收集产物分别用乙醇、去离子水清洗数次，60°C、干燥2h，并在氩气气氛中450°C下热处理2h，得到泡沫镍为基底的C0M0O4纳米结构超级电容器电极材料。
[0034]图1(a)和(b)分别为其低倍和高倍下的扫描电子显微镜照片，可以看出所得产品在基底上分布均匀且CoMo04自组装成薄片状。由XRD谱线(图3)可以看出，退火后的产物衍射峰与CoMo04标准卡片衍射峰一致，说明产品有很好的结晶性。图4为将所得泡沫镍为基底的C0M0O4纳米结构超级电容器电极材料作为工作电极，Ag/AgCl为参比电极，铂片为对电极在2mol L—1的氢氧化钾水溶液中测试的在不同扫速下的CV曲线(a)和不同电流密度下的充放电曲线(b)，从图中可以看出曲线上有明显的氧化还原峰和充放电平台，经过计算在1mAcm—2的电流密度下，其面积比电容可达2.1F cm—2，说明材料具有优异的电化学性能。
[0035]实施