本发明专利技术公开了一种掺杂纳米Co(OH)2/Co3O4的石墨烯纳米墙电极的制作方法，包括如下步骤：1)制备石墨烯纳米墙；2)对石墨烯纳米墙表面进行改性；3)石墨烯纳米墙上沉积纳米Co(OH)2；4)将掺杂纳米Co(OH)2的石墨烯纳米墙/基底于100-400℃热处理，得到掺杂纳米Co(OH)2/Co3O4的石墨烯纳米墙电极。采用本发明专利技术的方法制备的超级电容器电极采用等离子体轰击对石墨烯进行表面改性，使得石墨烯纳米墙有极好的亲水性。通过石墨烯纳米墙和Co(OH)2/Co3O4纳米颗粒实现同时具有双电层和赝电容特性的电极，和传统石墨烯墙相比电学性能提升数十倍，且工艺过程简单，成本低廉，可大规模生产。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术设及储能材料和电器元器件的电子材料
，尤其设及一种渗杂纳米 颗粒石墨締超级电容器材料
技术介绍
超级电容器（supercapacitor，ultracapacitor)是最具应用前景的电化学储 能技术之一。又叫双电层电容器巧IectricalDoule-LayerCapacitor)、电化学电容 器巧IectrochemcialCapacitor,EC)，黄金电容、法拉电容，通过极化电解质来储能。超 级电容器可W被视为悬浮在电解质中的两个无反应活性的多孔电极板，在极板上加电， 正极板吸引电解质中的负离子，负极板吸引正离子，实际上形成两个容性存储层，被分离 开的正离子在负极板附近，负离子在正极板附近，超级电容器中多孔电极板外侧为电极 巧Iectrode)，内侧为碳基（Carbon)材料，两个多孔电极板之间为电解液巧Iectrolyte)， 电解液中间设置有隔（Separator)用于阻挡正负电荷通过。超级电容器通过在电极表面形 成电解液离子的双电层结构来存储能量。由于超级电容器在充放电过程中不发生电化学反 应，因此其循环次数通常大于100万次。作为超级电容器材料，它具有较小的内阻，可实现 高倍率充放电，对电动车、手机电池等动力产品具有深远的意义。与此同时，超级电容器的 存储容量比传统电容器高出许多，因此有望成为理想的新型能量存储元件。作为超级电容 器的碳基材料需要较大的比表面积，较好的电解液浸润性、良好的导电性W及较低的内阻。 过去通常所使用的碳基材料有活性炭、活性炭纤维、炭气凝胶W及碳纳米管。其中活性炭微 孔数量有限，容量较小，当活性炭比表面积达到1200m2/g时，比容量不再增大。碳纳米管虽 然具有超高的比表面积，比容量也很大，但因为价格昂贵，且制作成本高，目前难W大规模 生产制备。因此运些材料目前并不是理想的超级电容器材料。 石墨締（Graphene)是一种碳原子密堆积的单原子层，于2004年被英国曼彻斯特 大学的两位科学家安德烈?杰姆和克斯特亚?诺沃消洛夫共同发现，由于具有良好的透光 性、导电性和极高的机械强度而受到国内外广泛关注。经过6~7年的发展，石墨締在电子 器件、光电、能源方面具备了相当的研究与应用。石墨締是一种具有高导电性和大比容量而 成为理想的超级电容器的炭基材料，但石墨締的理论容量不高，在石墨締基电极制备过程 中容易发生堆叠现象，导致材料比表面积和离子电导率下降。因此，发展合适的制备方法， 对石墨締进行修饰或与其他材料形成复合电极材料是一种有效解决途径。 石墨締墙充分利用了石墨締比表面积极大的优点，由大量的石墨締垂直排列于基 底上，同时避免了单层石墨締结构过于脆弱的缺点。但传统的石墨締墙由于且结构特点具 有极强的疏水性，难于用于制备超级电容器，裡离子电池等器件，应用受到限制，且单纯的 石墨締用于制备器件性能有限，需要进行纳米颗粒修饰等后续改性。[000引 Co(OH)2/C03O4作为一种过度金属氧化物具有良好的电化学特性，超级电容器电 解液中的11\Li+和K+等离子可W在Co(OH)2/C03O4表面发生氧化还原反应，进而吸附于 Co(OH)2/C03O4上，出现法拉第电容。而具有纳米结构的Co(OH)2/C03O4极大的提高了电极的 比表面积，提高电极的电法拉第歴电容特性。最近Appl.Mater.Inte;rfaces(期刊名称）.2014,6(日期），6739-6747(页数）公 开了一种基于=维空屯、结构的C〇3〇4纳米颗粒的石墨締超级电容器制备方法。但由于其工 艺复杂，成本过高，难于大规模应用而不适宜工业生产。现有公开号为CN102354610B的发 明专利申请公开了用CVD法石墨締与氨氧化钻复合超级电容器薄膜材料，极大增加了电极 比容量，但是用化学气相沉积法制备得到的氨氧化钻尺寸较大，貌似不好，性能较差。如何 改善基于纳米颗粒石墨締的双电层电容器的比容量，同时保证具有高能量密度，成为石墨 締超级电容器应用的一个瓶颈。因此有必要改进W提高基于石墨締的双电层电容器的比容 量。 专利公开号CN20247361抓的专利公开了一种基于等离子体化学气相沉积的石墨 締墙制备方法。但单纯的等离子体化学气相沉积制备得到石墨締墙结构差，墙与墙之间间 距较大，对于表面积的提升有限。此外，没有经过表面改性的石墨締纳米墙疏水性极强，应 用受限，后续用于制备器件的过程中，如作为电极用于制备超级电容器，裡离子电池W及纳 米颗粒的修饰，液体（如电解液）无法浸润石墨締墙内部，导致有效表面积极小。如何更进 一步改善基于等离子体化学气相沉积的石墨締墙的制备，同时进行表面改性，成为石墨締 纳米墙应用的一个瓶颈。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了改进超级电容器的石墨締材料本身的电化学性能和简化其 审Ij作工艺，提出了一种渗杂纳米Co(OH)2/Co化的石墨締纳米墙电极的制作方法。 为了实现上述目的，本专利技术的技术方案是：一种渗杂纳米Co(OH)2/C03O4的石墨締 纳米墙电极的制作方法，包括如下步骤： 步骤1:石墨締纳米墙的制备：W含碳的气体的等离子体作为前驱体，同时通入载 气，将基底在PECVD反应炉中加热至650-1000°C，通过PECVD法在基底上生长石墨締纳米 墙，前驱体气流为lO-lOOsccm，气压为10-100化。生长时间控制为5-240分钟，得到高度为 0. 5-5微米的石墨締纳米墙，每层石墨締纳米墙的厚度为1-lOnm。 步骤2:石墨締纳米墙表面改性：W等离子体在5-100W功率下对石墨締纳米墙轰 击30-300S。 步骤3:W碳酸钻，氯化钻或醋酸钻作为前驱体，溶于水或乙醇中；将1-10质量份 的冰醋酸，巧樣酸，酒石酸溶于水和乙醇，使用浓盐酸调节抑值至3-6。 步骤4:将0. 5-10质量份的碳酸钻，氯化钻或醋酸钻作为前驱体，溶于步骤3中配 置得到的溶液中，在60°C充分揽拌，得到0.1-lmol/L的钻前驱体溶液。 步骤5:在步骤4得到的钻前驱体溶液中加入2-10质量份的表面活性剂。 阳01引步骤6:加入KOH调节抑至8-12,在60 °C水浴中充分揽拌后得到5-100皿的Co(OH)2纳米颗粒溶胶。 步骤7:将步骤2得到的改性后的石墨締纳米墙/基底作为负极，W销片作为正 极，采用步骤6得到的Co(OH)2纳米颗粒溶胶作为电解液进行电泳，电压设置为20-100V，电 流设置为5-100疵电泳30-3008后，(：〇伽)2纳米颗粒吸附于石墨締纳米墙上。 步骤8:将步骤7得到的吸附Co(OH)2纳米颗粒的石墨締纳米墙/基底置于保护 气体环境中进行热处理。 进一步地，步骤1中的含碳的气体为甲烧，载气为氣气和氨气，基底为化，Ni,Si或 Si〇2。 进一步地，步骤2中的等离子体为〇2、成、NH3或水蒸气的等离子体。 进一步地，步骤5中的表面活性剂为聚乙二醇，琼脂糖，聚乙締醇或聚乙締化咯烧 酬。 进一步地，步骤8中的热处理采用下述方法中的任意一种： 1)在氮气或氣气环境中于100-300°C热处理30-120分钟，即可得到渗杂纳米 Co(OH)2的石墨締纳米墙电极。 2)在氮气或氣气环境中于300-600°C热处理30-120分钟；Co(OH)本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种掺杂纳米Co(OH)2/Co3O4的石墨烯纳米墙电极的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1:石墨烯纳米墙的制备：以含碳的气体的等离子体作为前驱体，并通入载气，将基底在PECVD反应炉中加热至650‑1000℃，通过PECVD法在基底上生长石墨烯纳米墙，前驱体气流为10‑100sccm，气压为10‑100Pa。生长时间控制为5‑240分钟，得到高度为0.5‑5微米的石墨烯纳米墙，每层石墨烯纳米墙的厚度为1‑10nm。步骤2:石墨烯纳米墙表面改性：以等离子体在5‑100W功率下对石墨烯纳米墙轰击30‑300s。步骤3:将1‑10质量份的冰醋酸，柠檬酸，酒石酸溶于水和乙醇，使用浓盐酸调节pH值至3‑6。步骤4:将0.5‑10质量份的碳酸钴，氯化钴或醋酸钴作为前驱体，溶于步骤3中配置得到的溶液中，在60℃充分搅拌，得到0.1‑1mol/L的钴前驱体溶液。步骤5:在步骤4得到的钴前驱体溶液中加入2‑10质量份的表面活性剂。步骤6:加入KOH调节pH至8‑12，在60℃水浴中充分搅拌后得到5‑100nm的Co(OH)2纳米颗粒溶胶。步骤7:将步骤2得到的改性后的石墨烯纳米墙/基底作为负极，以铂片作为正极，采用步骤6得到的Co(OH)2纳米颗粒溶胶作为电解液进行电泳，电压设置为20‑100V,电流设置为5‑100mA，电泳30‑300s后，Co(OH)2纳米颗粒吸附于石墨烯纳米墙上。步骤8:将步骤7得到的吸附Co(OH)2纳米颗粒的石墨烯纳米墙/基底置于保护气体环境中进行热处理。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：郝奕舟，陈剑豪，王天戌，
申请(专利权)人：广州墨储新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。