一种形貌可控的掺杂型碳包覆钼酸盐基四氧化三铁花状复合材料的制备方法

本发明涉及一种形貌可控的掺杂型碳包覆钼酸盐基四氧化三铁花状复合材料的制备方法。

背景技术：

1、超级电容器作为一种高效的电化学储能器件，已广泛应用于汽车、医疗、智能家居等领域。在诸多超级电容器的电极材料中，钼酸盐和过渡金属氧化物中的四氧化三铁备受关注，这是因为二者均有良好的理论比电容，氧化还原活性等诸多优点，但二者普遍存在导电性低、材料的纳米化会增大材料的表面能，导致纳米材料极易无序堆积、团聚，同时还易与电解液发生副反应引起结构劣化，使电化学稳定性变差等问题。

技术实现思路

1、本发明是为了解决现有材料比电容低，循环稳定性能较差的问题，而提供了一种形貌可控的掺杂型碳包覆钼酸盐基四氧化三铁花状复合材料的制备方法。

2、本发明一种形貌可控的掺杂型碳包覆钼酸盐基四氧化三铁花状复合材料的制备方法是按以下步骤进行：

3、一、微乳液水热法制备钼酸盐：①将正辛烷、正丁醇、十六烷基三甲基溴化铵、硝酸钆溶液、金属氯化物和去离子水配置成水溶液，磁力搅拌20～60min，得到均相的微乳液；②将na2moo4和去离子水配置成水溶液，磁力搅拌20～60min，得到钼酸根微乳液；③将均相的微乳液和钼酸根微乳液在搅拌状态下混合均匀，磁力搅拌15～30min，然后超声反应10～25min；反应结束后，转移至水热釜中，在温度为90～150℃条件下水热反应18～24h后，反应釜自然冷却至室温，取出材料，依次采用乙醇和去离子水冲洗3～5次后干燥，对干燥后的材料进行热处理，得到钼酸盐；所述金属氯化物为氯化镍、氯化钾、氯化铁、氯化钴、氯化锌或氯化锰；所述硝酸钆溶液的浓度为0.5～0.6mol/l；步骤①中所述正辛烷与去离子水的体积比为2.5:(20～40)，正丁醇与去离子水的体积比为1.85:(20～40)，十六烷基三甲基溴化铵的质量与去离子水的体积比为1.5g:(20～40)ml，硝酸钆溶液与去离子水的体积比为5:(20～40)，所述金属氯化物的摩尔比与去离子水的体积比为(0.4～3.5)mmol:(20～40)ml；步骤②所述钼酸根微乳液中na2moo4的质量分数为2.5～9.6％；步骤③所述均相的微乳液与钼酸根微乳液的体积比为(0.8～1.2):1；

4、二、将钼酸盐、乙酰丙酮铁和三甘醇混合后磁力搅拌10～15min，转移至三口烧瓶中，通n2保护并开始加热，将温度升至210～230℃保温10～30min，然后快速升温至三甘醇沸点，在该温度下沸腾回流35～45min，停止加热，自然冷却到室温，得到fe3o4纳米粒子反应液；离心分离，采用乙酸乙酯清洗fe3o4纳米粒子反应液3～5次，把洗涤出的产物置于50～75℃的真空干燥箱中干燥22～26h，得到钼酸盐基四氧化三铁纳米粒子粉末；通过等离子体处理钼酸盐基四氧化三铁纳米粒子粉末1～5min，得到富含缺陷型的钼酸盐基四氧化三铁花状复合材料；所述钼酸盐的质量与三甘醇的体积比为1g:(5～6)ml，所述乙酰丙酮铁的质量与三甘醇的体积比为1g:(6～7)ml；

5、三、将富含缺陷型的钼酸盐基四氧化三铁花状复合材料和葡萄糖分散在去离子水中，磁力搅拌分散均匀后，转移到带有聚四氟乙烯衬里的不锈钢高压釜中，在温度为150～200℃下保持加热8～14h，最后将混合物冷却至室温，并采用蒸馏水洗涤3～5次、干燥后得到粉末，将粉末在氮气保护下于740～780℃温度下碳化3～6h得到富含缺陷的碳包覆钼酸盐基四氧化三铁花状复合材料；所述富含缺陷型的钼酸盐基四氧化三铁花状复合材料和葡萄糖的质量比为(3.24～5.87):(8.4～12.56)，所述富含缺陷型的钼酸盐基四氧化三铁花状复合材料的质量与去离子水的体积比为(3.24～5.87)g:200ml。

6、本发明的优点：

7、本发明整个工艺过程安全，无污染，且操作流程较为简单；所获得的复合材料具有丰富的氧空位，合理的缺陷导致电化学性能得到极大的提升；所获得的复合材料具有优异的比电容和循环稳定性能；所制备的电极材料应用十分广泛，可应用于超级电容器电极材料、锂离子电池和锌离子电池电极材料；组装的超级电容器具有优异的能量密度和功率密度，具有潜在的应用前景。

技术特征：

1.一种形貌可控的掺杂型碳包覆钼酸盐基四氧化三铁花状复合材料的制备方法，其特征在于形貌可控的掺杂型碳包覆钼酸盐基四氧化三铁花状复合材料的制备方法是按以下步骤进行：

2.根据权利要求1所述的一种形貌可控的掺杂型碳包覆钼酸盐基四氧化三铁花状复合材料的制备方法，其特征在于步骤一③中在温度为120℃条件下水热反应24h。

3.根据权利要求1所述的一种形貌可控的掺杂型碳包覆钼酸盐基四氧化三铁花状复合材料的制备方法，其特征在于步骤一③中所述超声反应采用超声5s、停歇5s的间隔超声方式，超声功率为600w。

4.根据权利要求1所述的一种形貌可控的掺杂型碳包覆钼酸盐基四氧化三铁花状复合材料的制备方法，其特征在于步骤一③中所述干燥是在温度为60℃恒温干燥箱中处理12h。

5.根据权利要求1所述的一种形貌可控的掺杂型碳包覆钼酸盐基四氧化三铁花状复合材料的制备方法，其特征在于步骤一③中所述热处理是在温度为350℃的马弗炉中处理1.5h。

6.根据权利要求1所述的一种形貌可控的掺杂型碳包覆钼酸盐基四氧化三铁花状复合材料的制备方法，其特征在于步骤一①中所述金属氯化物为氯化镍时，氯化镍的摩尔比与去离子水的体积比为(0.4～2)mmol:(20～40)ml；所述金属氯化物为氯化钾时，氯化钾的摩尔比与去离子水的体积比为(0.5～1.5)mmol:(20～40)ml；所述金属氯化物为氯化铁时，氯化铁的摩尔比与去离子水的体积比为(1～2.5)mmol:(20～40)ml；所述金属氯化物为氯化钴时，氯化钴的摩尔比与去离子水的体积比为(1～3.5)mmol:(20～40)ml；所述金属氯化物为氯化锌时，氯化锌的摩尔比与去离子水的体积比为(0.5～1.5)mmol:(20～40)ml；所述金属氯化物为氯化锰时，氯化锰的摩尔比与去离子水的体积比为(0.5～3)mmol:(20～40)ml。

7.根据权利要求1所述的一种形貌可控的掺杂型碳包覆钼酸盐基四氧化三铁花状复合材料的制备方法，其特征在于步骤二中将温度升至220℃保温20min。

8.根据权利要求1所述的一种形貌可控的掺杂型碳包覆钼酸盐基四氧化三铁花状复合材料的制备方法，其特征在于步骤二中所述钼酸盐的质量与三甘醇的体积比为3.24g:18ml，所述乙酰丙酮铁的质量与三甘醇的体积比为2.85gg:18ml。

9.根据权利要求1所述的一种形貌可控的掺杂型碳包覆钼酸盐基四氧化三铁花状复合材料的制备方法，其特征在于步骤三中在温度为180℃下保持加热10h。

10.根据权利要求1所述的一种形貌可控的掺杂型碳包覆钼酸盐基四氧化三铁花状复合材料的制备方法，其特征在于步骤三中将粉末在氮气保护下于750℃温度下碳化5h。

技术总结
一种形貌可控的掺杂型碳包覆钼酸盐基四氧化三铁花状复合材料的制备方法，本发明涉及一种形貌可控的掺杂型碳包覆钼酸盐基四氧化三铁花状复合材料的制备方法。本发明是为了解决现有材料比电容低，循环稳定性能较差的问题。方法：一、微乳液水热法制备钼酸盐；二、制备富含缺陷型的钼酸盐基四氧化三铁花状复合材料；三、制备富含缺陷的碳包覆钼酸盐基四氧化三铁花状复合材料。本发明用于超级电容器电极材料、锂离子电池和锌离子电池电极材料；组装的超级电容器具有优异的能量密度和功率密度，具有潜在的应用前景。

技术研发人员：张欣佳,王晶,马腾浩
受保护的技术使用者：齐齐哈尔大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/27