一种Ag掺杂MnO2纳米阵列超级电容器材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种Ag掺杂MnO2纳米阵列超级电容器材料及其制备方法，所述的超级电容器材料包括MnO2纳米阵列和掺杂在MnO2纳米阵列中的金属Ag，所述的MnO2纳米阵列为由纳米线间隔组成的线状阵列结构；上述的超级电容器材料通过以下步骤制成：(1)往Mn(CH3COO)2溶液中滴加AgNO3溶液，并保持搅拌，反应，得到初步反应溶液；(2)将步骤(1)得到的初步反应溶液水浴加热，继续反应，得到反应产物；(3)将步骤(2)得到的反应产物过滤烘干后，退火处理，即得到目的产品。与现有技术相比，本发明专利技术具有制备方法简单，产品电化学性能优异等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种超级电容器材料及其制备方法，尤其是涉及一种Ag掺杂MnO2纳米阵列超级电容器材料及其制备方法。
技术介绍
由于石油资源日趋短缺，并且燃烧石油的内燃机尾气排放对环境的污染越来越严重(尤其是在大、中城市)，空气中固体微粒增多，对人体造成很大的影响，人们都在研究替代内燃机的新型能源装置。由于超级电容器(即电化学电容器)是一种新型储能装置，它具有充电时间短、使用寿命长、温度特性好、节约能源和绿色环保等特点，故超级电容器被广泛使用。可用作起重装置的电力平衡电源，可提供超大电流的电力；用作车辆启动电源，启动效率和可靠性都比传统的蓄电池高，可以全部或部分替代传统的蓄电池；用作车辆的牵引能源可以生产电动汽车、替代传统的内燃机、改造现有的无轨电车；用在军事上可保证坦克车、装甲车等战车的顺利启动(尤其是在寒冷的冬季)、作为激光武器的脉冲能源。超级电容器与充电电池相比，可进行不限流充电，且充电次数可达106次以上。MnO2可作为超级电容器上的活性材料，且具有成本低、资源丰富、对环境友好等优点。MnO2用作超级电容器电极材料，其储能机制包括物理储能和化学储能，所以提高MnO2的电化学活性对于提高超级电容器的能量密度非常重要。中国专利201410667067.0公开了一种超级电容器用元素掺杂二氧化锰电极材料的制备方法，具体是将硼酸盐溶液和二价锰盐溶液依次加入到高锰酸钾溶液中进行水热反应，二价锰盐与高锰酸钾的摩尔比为1：0.5-5；硼离子浓度为0.001-5M，反应温度为60-160℃，反应时间为1-24h，最后将反应产物分别用乙醇和去离子水洗涤，60-120℃下真空干燥4-24h。该专利通过将非金属元素硼掺入到二氧化锰电极材料中，其导电性能较差。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种Ag掺杂MnO2纳米阵列超级电容器材料及其制备方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种Ag掺杂MnO2纳米阵列超级电容器材料，包括MnO2纳米阵列和掺杂在MnO2纳米阵列中的金属Ag，所述的MnO2纳米阵列为纳米线间隔组成的线状阵列结构。所述的纳米线之间的间隙宽度约为1～3μm。Ag掺杂MnO2纳米阵列超级电容器材料的制备方法，包括以下步骤：(1)往Mn(CH3COO)2溶液中滴加AgNO3溶液，并保持搅拌，反应，得到初步反应溶液；(2)将步骤(1)得到的初步反应溶液水浴加热，继续反应，得到反应产物；(3)将步骤(2)得到的反应产物过滤烘干后，退火处理，即得到目的产品。步骤(1)中所述的Mn(CH3COO)2溶液的浓度为0.01～0.05mol/L，所述的AgNO3溶液的浓度为0.01～0.08mol/L；添加的Mn(CH3COO)2溶液与AgNO3溶液的体积比为50：(0.4～6)。步骤(1)中搅拌反应的时间为10～20min，反应温度为室温。步骤(2)中水浴加热的温度为70～90℃，加热反应的时间为72～98小时。步骤(3)中退火处理的工艺条件为：在200～300℃下退火1～3h。在磁力搅拌条件下Mn(CH3COO)2逐渐分解成MnO2纳米晶，由于CH3COO～溶于水显弱碱性，Ag+与OH-结合生成AgOH。常温下AgOH极不稳定，因此水浴加热反应可得到Ag依附于MnO2表面的超级电容器材料。通过退火处理改善结构以得到最终目的产物。对于本专利技术制得的Ag掺杂的纳米二氧化锰，经检测，在0.5mol/LNa2SO4电解液，电压范围0～0.8V，电流密度300mA/g，样品的放电比容量可达379.6F/g，较未掺杂二氧化锰的比容量(150.0F/g)增加153％。且在大电流密度(1000mA/g)下保持较高的比容量360.6(F/g)。经过500次循环后，比容量保持率为95％，具有较好的稳定性和循环寿命。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：(1)本专利技术主要是在均匀溶液中进行反应的，所制得的Ag掺杂MnO2纳米阵列分布均匀，且无需模板便可大面积制备，制备工艺简单，对反应设备和条件要求较低。(2)本专利技术所制得的Ag掺杂MnO2纳米阵列是线状结构，纳米线和纳米线之间有足够的间隙，在作为电极材料时，非常利于电解液的渗入，提高了MnO2超级电容器的有效利用面积。(3)本专利技术所制得的Ag掺杂MnO2纳米阵列的Ag的掺杂能有效的提高纳米阵列的导电性，使其具有优异的电化学性能，可拓展电化学电容器材料的制备方法与应用领域。附图说明图1为本专利技术的Ag掺杂MnO2纳米阵列超级电容器材料的电镜图片；图2为本专利技术的Ag掺杂MnO2纳米阵列超级电容器材料的XRD图片。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。实施例1首先用乙醇、丙酮和去离子水清洗圆底烧瓶后干燥备用；计算实验配置溶液时所需药品的理论值；然后配置浓度为0.05mol/L的Mn(CHCOO)2溶液，再配置浓度为0.05mol/L的AgNO3溶液；接着将在4个相同规格的圆底烧瓶中加入50mlMn(CH3COO)2溶液，室温下取5mlAgNO3分别滴加到烧瓶中，并不断进行磁力搅拌(15分钟)；所得溶液水浴(80℃)加热98小时；反应完成后，取出溶液，过滤后，放置在烘干箱中烘干，再在250℃下退火处理2h，得到超级电容器材料。对上述制得的超级电容器材料进行检测，图1为其电镜图片，可以看出，所制备的纳米线非常均匀，且纳米线交叉分布，形成多层和有孔隙的网状结构，各纳米线之间的间隙宽度约为1～3微米左右，在作为电极材料时，非常利于电解液的渗入，提高了MnO2超级电容器的有效利用面积；图2为其XRD图片，可以看出，样品尖锐的衍射峰说明了所制备的MnO2超长纳米线结晶性很好，并且从衍射峰中未发现有其他的副产品物，说明样品有很高的纯度。实施例2首先用乙醇、丙酮和去离子水清洗圆底烧瓶后干燥备用；计算实验配置溶液时所需药品的理论值；然后配置浓度为0.05mol/L的Mn(CHCOO)2溶液，再配置浓度为0.05mol/L的AgNO3溶液；接着将在4个相同规格的圆底烧瓶中加入50mlMn(CH3COO)2溶液，室温下取2.5mlAgNO3分别滴加到烧瓶中，并不断进行磁力搅拌(15分钟)；所得溶液水浴(80℃)加热98小时；反应完成后，取出溶液，过滤后，放置在烘干箱中烘干，再在250℃下退火处理2h，得到产品。实施例3首先用乙醇、丙酮和去离子水清洗圆底烧瓶后干燥备用；计算实验配置溶液时所需药品的理论值；然后配置浓度为0.05mol/L的Mn(CHCOO)2溶液，再配置浓度为0.05mol/L的AgNO3溶液；接着将在4个相同规格的圆底烧瓶中加入50mlMn(CH3COO)2溶液，室温下取1.25mlAgNO3分别滴加到烧瓶中，并不断进行磁力搅拌(15分钟)；所得溶液水浴(80℃)加热98小时；反应完成后，取出溶液，过滤后，放置在烘干箱中烘干，再在25本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Ag掺杂MnO2纳米阵列超级电容器材料，其特征在于，包括MnO2纳米阵列和掺杂在MnO2纳米阵列中的金属Ag，所述的MnO2纳米阵列为由纳米线间隔组成的线状阵列结构。

【技术特征摘要】
1.一种Ag掺杂MnO2纳米阵列超级电容器材料，其特征在于，包括MnO2纳米阵列和掺杂在MnO2纳米阵列中的金属Ag，所述的MnO2纳米阵列为由纳米
线间隔组成的线状阵列结构。
2.根据权利要求1所述的一种Ag掺杂MnO2纳米阵列超级电容器材料，其
特征在于，所述的纳米线之间的间隙宽度为1～3μm。
3.如权利要求1或2所述的Ag掺杂MnO2纳米阵列超级电容器材料的制备
方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)往Mn(CH3COO)2溶液中滴加AgNO3溶液，并保持搅拌，反应，得到初
步反应溶液；
(2)将步骤(1)得到的初步反应溶液水浴加热，继续反应，得到反应产物；
(3)将步骤(2)得到的反应产物过滤烘干后，退火处理，即得到目的产品。
4.根据权利要求3所述的一种Ag掺杂MnO2纳米阵列超级电容器材料的制
备方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：李鹏，李文尧，行栋鹏，李唯，柯金龙，
申请(专利权)人：上海工程技术大学，
类型：发明
国别省市：上海;31