本发明专利技术公开了一种制备水合氧化物的高温蒸汽热解法，属于材料制备技术领域。制备水合氧化物的高温蒸汽热解法步骤如下：1)溶液配制：将金属盐溶解到有机溶剂或无机溶剂中，制得前躯体溶液；2)高温蒸汽热氧化：将上述前躯体溶液置于气氛炉内，进行热分解，热分解过程是在含有高温水蒸气和氧气气氛环境中进行，温度在250℃-450℃范围内，保温1-3小时，待金属盐转变为水合氧化物后，取出空冷至室温，得到粉末形式的水合氧化物材料。本发明专利技术工艺简单，其推广对水合氧化物材料制备技术具有积极的促进作用。因水合结构氧化物是制备高性能电化学电容器的首选材料，因此本发明专利技术对推动高比电容超级电容器器的制备技术也有很重的促进作用。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及材料制备方法，具体涉及制备水合氧化物的高温蒸汽热解法及其应用。
技术介绍
近年来，某些过渡金属氧化物因具有良好的电化学电容性能而受到电能储存领域的广泛关注。这些过渡金属氧化物主要表现为高比电容、大功率以及长循环寿命特性。金属氧化物的电荷储存原理是基于氧化还原反应。因此，氧化物的电容也称之为法拉第电容或赝电容。理论上金属氧化物的赝电容要比碳材料(双电层电容)高10 100倍。金属氧化物作为超级电容器电极材料，受制备技术及工艺条件的影响很大。这主要是因为采用不同的制备工艺和方法，所得到的金属氧化物具有不同的结构特征。氧化物的结构大致有三种情况，晶态结构，非晶态结构，以及非晶态水合结构氧化物。在这三种结构中，以非晶态水合结构的氧化物的电容性能最为突出。以Rua为例，晶态结构RuA的比电容约为50 100F/g，非晶态非水合结构RiA的比电容约为100 300F/g，而非晶态水合 RuO2可获得高于720F/g的比电容。现有技术中，制备非晶态水合氧化物的方法主要有溶胶凝胶法和化学沉淀法。优点是通过严格控制工艺参数，可获得高比表面，且具有特殊形貌的非晶态结构水合氧化物。缺点是存在工艺复杂、条件苛刻等不利因素，因此作为工业生产还是受到一定的限制。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种简单有效地制备水合氧化物的方法。在水合氧化物的制备过程中，存在金属盐的分解和氧化，而金属盐的分解和氧化过程是在高温蒸汽和氧气环境中进行，因此本专利技术提供的水合氧化物的制备方法可称之为高温蒸汽热解法。采用本专利技术提供的方法可制备出各类水合氧化物以及薄膜水合氧化物。该方法可应用于超级电容制造领域，作为制备超级电容器电极材料的制备方法。为达到上述的目的，本专利技术采用如下技术方案一种制备水合氧化物的高温蒸汽热解法，包括如下步骤1)溶液配制将金属盐溶解到有机溶剂或无机溶剂中，制得前躯体溶液；2)高温蒸汽热氧化将上述前躯体溶液置于气氛炉内，进行热分解，热分解过程是在含有高温水蒸气和氧气气氛环境中进行，温度在250°C -450°C范围内，保温1-3小时， 待金属盐转变为水合氧化物后，取出空冷至室温，得到粉末形式的水合氧化物材料。将步骤1)所述的前躯体溶液涂刷于导电基材表面，采用红外灯烘干固化后再进行步骤2、的高温蒸汽热氧化，制得薄膜形式的水合氧化物材料。所述有机溶剂为乙醇、异丙醇、正丁醇中的至少一种。所述无机溶剂为蒸馏水、去离子水、98%浓盐酸中的至少一种。所述金属盐为三氯化钌、四氯化锡、氯化亚锡、氯化钴、五氯化钽、氯化锆、氯化锰、三氯化钛、氯化铪、四氯化铱、氯铱酸、烷氧基锡中的至少一种。所述导电基材为钛、钒、锆、钽、不锈钢、镍、碳材料中的一种。一种水合氧化物的高温蒸汽热解法的应用，所述该制备方法应用于超级电容器制造领域，作为制备高电容性能的水合氧化物电极材料的方法。本专利技术的有益效果是本专利技术的方法可制备具有粉体形式的水合氧化物，也可以制备具有非晶态水合结构的氧化物薄膜材料；本专利技术制备的水合氧化物是制备高性能氧化物超级电容器的优秀材料。另外很重要的是，本专利技术公开的制备方法简单实用、周期短、可重复性强，适合于工业化生产应用。具体实施例方式以下所述仅为本专利技术的较佳实施例，凡依本专利技术申请专利范围所做的等同变化与修饰，皆应属本专利技术的涵盖范围。实施例1以粉末形式的水合氧化钌材料(RuA ·0. 3Η20)以及具有薄膜形式的水合氧化钌材料(Ti/RuA · 0. 28H20)的制备为例，实施本专利技术，步骤如下1)将三氯化钌溶解到无水乙醇中，在溶解过程中加入少量的98%浓盐酸，使得溶液成弱酸性，然后采用机械搅拌均勻，制得三氯化钌前躯体溶液；2)将三氯化钌前躯体溶液置于气氛炉中，进行热分解，热分解过程是在含有高温水蒸气和氧气气氛环境中进行；蒸汽热解温度为300°C，在进行高温蒸汽热解1小时后，取出空冷至室温，即制得粉末形式水合氧化钌材料(RuA · 0. 3H20)。若将步骤1)制得的三氯化钌前躯体溶液涂覆在钛基材表面，经红外灯下烘干固化后放入气氛炉中进行高温蒸汽热解；蒸汽热解温度为300°C，热分解过程是在含有高温水蒸气和氧气气氛环境中进行，在进行高温蒸汽热解1小时，取出空冷至室温，即制得以钛为基材的具有薄膜结构的水合氧化钌材料(Ti/Ru02 · 0. 28H20)。实施例2在与实施例1相似的条件下，用四氯化铱或氯铱酸取代三氯化钌，蒸汽热分解温度调整为400°C，其它工艺条件不变，可制得粉末形式的水合氧化铱材料(IiO2 ·0. 76Η20)以及具有薄膜形式的水合氧化铱材料(Ti/IiO2 · 0. 53H20)。实施例3在与实施例1相似的条件下，往三氯化钌前躯体溶液中再溶入氯化钴、五氯化钽或三氯化钛中的一种金属盐，配置成混合溶液，其它工艺条件不变，可制得粉末形式水合钌钴混合氧化物材料(RuO2-Co3O4 · 0. 3IH2O)以及以钛为基材的具有薄膜形式的水合钌钴混合氧化物材料(Ti/Ru02-Co304 · 0. 28H20)，或者可以制得粉末形式水合钌钽混合氧化物材料(RuO2-Ta2O5 · 1. 41H20)以及以钛为基材的具有薄膜结构的水合钌钽混合氧化物材料(Ti/Ru02-Ta205 · 1.23H20)，或者可以制得粉末形式水合钌钛混合氧化物材料 (RuO2-TiO2 - 0. 46H20)以及以钛为基材的具有薄膜结构的水合钌钛混合氧化物材料(Ti/ RuO2-TiO2 · 0. 43H20)。实施例4在与实施例1相似的条件下，用氯铱酸取代三氯化钌，并加入氯化铪，蒸汽热分解温度调整为420°C，高温蒸汽热解2. 5小时，其它工艺条件不变，可制得粉末形式的水合铱铪混合氧化物材料(IrO2-HfO2 · 0. 79H20)以及具有薄膜形式的水合铱铪混合氧化物材料 (Ti/Ir02-Hf02 · 0. 73H20)。在实施例1至4中，所采用的导电基材为钛，但本专利技术不局限于钛导电基材。凡采用钒、锆、钽、不锈钢、镍、碳材料中的任意一种取代钛导电基材，在其它工艺条件相似情况下，因可取得相同的效果，因此皆应属本专利技术的涵盖范围。上述各实施例表明，采用本专利技术提供的水合氧化物的制备方法，既可制备出具有粉末形式的水合结构氧化物，也可制备出薄膜形式的水合氧化物薄膜，并且制备工序简单、 可重复性强、灵活性强，即可制备单一水合氧化物，也可以制备水合结构混合氧化物。由此可见，本专利技术对水合氧化物材料的制备技术具有积极的促进作用。为进一步体现本专利技术的实际应用效果。本专利技术以实施例1至4中制备的薄膜形式的水合氧化物为例，对其进行电化学性能的检测。因为所制备的水合结构氧化物以薄膜形式沉积在导电基材表面，因此可直接作为超级电容器电极材料使用。本实验采用标准的三电极体系进行水合氧化物薄膜材料的电容性能的测试。三电极体系中，对电极为钼电极，参比电极为饱和氯化钾甘汞电极，电解液为0. 5mol/L H2SO4去离子水溶液，进行循环伏安测试，伏安扫描速度为25mV/s。测试结果在表1中给出，表1为水合结构氧化物薄膜的比电容。采用高温蒸汽热解法制备的含水合结构氧化物薄膜材料都具有很高的比电容。实施例 1和2制备的单组元的Ti/RuO2 · 0. 28H20和Ti/Ir02 · 本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：吴允苗，
申请(专利权)人：泉州师范学院，
类型：发明
国别省市：
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