一种多孔CoAl双金属氧化物二维阶层结构电极材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种多孔CoAl双金属氧化物二维阶层结构电极材料及其制备方法。本发明专利技术的方法首先以硝酸钴和硝酸铝分别为钴源和铝源，与去离子水混合搅拌，接着加入尿素进行水热复合，最后高温煅烧得到多孔CoAl双金属氧化物二维阶层结构电极材料。本发明专利技术采用水热，冷冻干燥和高温处理法得到的多孔CoAl双金属氧化物二维阶层结构电极材料，不仅热稳定性好、结晶程度高，是理想的能源材料之一。

Porous CoAl bimetallic oxide two-dimensional hierarchical structure electrode material and preparation method thereof

The invention discloses a porous CoAl bimetallic oxide two-dimensional hierarchical structure electrode material and a preparation method thereof. The method of the invention firstly using cobalt nitrate and aluminum nitrate respectively of cobalt and aluminum sources, stirring and mixing with deionized water, then adding urea hydrothermal compound, finally high temperature calcination of porous CoAl double metal oxide electrode materials of two-dimensional class structure. The porous CoAl bimetallic oxide two-dimensional electrode material obtained by hydrothermal, freeze-drying and high-temperature treatment has the advantages of good thermal stability and high crystallization degree, and is one of the ideal energy materials.

【技术实现步骤摘要】
一种多孔CoAl双金属氧化物二维阶层结构电极材料及其制备方法
本专利技术属于材料化学
，涉及一种CoAl双金属氧化物电极材料，具体来说，涉及一种多孔CoAl双金属氧化物二维阶层结构电极材料及其制备方法。
技术介绍
随着气候的变化和化石能源的衰减，世界经济和全球的生态环境都面临着比较严重的挑战，所以自然能源的生产及储存成了必须要充分考虑的问题。虽然，太阳能、风能、核能被认为是最具有开发价值的资源，但是要达到高的利用率，还需要开发新的能量储存和传递装置，例如超级电容器。超级电容器，也被称为电化学电容器，近年来已经引起相当多的关注。超级电容器最大的特点就是具有能量高和功率密度大，更快的充电/放电速率能力，更长的循环寿命。在满足日益增长的能量需求的电力储存设备方面是目前最有前景的。现在，超级电容器已经广泛应用于消费型的电子产品、内存备用系统、电力供应等多个领域。目前大多数的商业化的电极材料主要是大比表面的碳材料，但是其能量密度较低，限制大规模的使用。导电聚合物的网络结构发达，容纳的离子量大，其能力那高密度和功率密度大。而过渡金属氧化物和氢氧化物存储电荷与碳材料不同，通过表面法拉第氧化还原反应，具有比碳材料高的能量密度，并且其层状结构可以为过渡金属离子提供很均匀的分散液，使得在电化学中有很好的应用前景。
技术实现思路
针对上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种多孔CoAl双金属氧化物二维阶层结构电极材料及其制备方法。该方法环境友好，得到的多孔CoAl双金属氧化物二维阶层结构电极材料能解决现有技术中的双金属氧化物导电性不好、易团聚等的缺点，同时具有较大的比表面积和良好的循环稳定性。本专利技术首先通过冷冻干燥得到CoAl双金属氢氧化物；接着用氢氧化钠溶液在回流的条件下清洗，最后进行高温煅烧得到多孔CoAl双金属氧化物材料。本专利技术具体技术方案介绍如下。本专利技术提供一种多孔CoAl双金属氧化物二维阶层结构电极材料的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：(1)制备CoAl双金属氢氧化物先将硝酸钴和硝酸铝、尿素和去离子水混合搅拌，得到混合溶液；然后将上述混合溶液移入水热釜中进行水热反应，反应结束后进行离心、洗涤和冻干，得到CoAl双金属氢氧化物；(2)制备多孔CoAl双金属氧化物将上述得到的CoAl双金属氢氧化物溶解用去离子水分散搅拌，接着加入碱溶液，0～20℃的温度下反应4～12h，再离心分离、烘干，得到样品；之后将样品置于管式炉中，在惰性气氛保护下进行热处理，得到CoAl双金属氧化物二维阶层结构电极材料。上述步骤(1)中，硝酸钴和硝酸铝的质量比为2:15～8:1；硝酸铝和去离子水的质量体积比为1:15～4:3mg/ml，搅拌时间为15-30min。上述步骤(1)中，硝酸钴和尿素的质量比为1:1-5:1。上述步骤(1)中，水热反应的温度为90-120℃，反应时间为12-24h。上述步骤(1)中，冷冻干燥的时间为24-48h。上述步骤(2)中，CoAl双金属氢氧化物和去离子水的质量体积比为1:15～1:20mg/ml，分散搅拌时间为15-30min。上述步骤(2)中，加入的碱溶液为NaOH溶液，NaOH浓度为2-5mol/l，其和去离子水的体积比为1:1～1:8，加入碱溶液后，0～10℃的温度下反应4～8h。上述步骤(2)中，烘干的温度为60-90℃。上述步骤(2)中，热处理时，其加热控制程序为：4-6℃/min的速度升温至400-800℃，保温2-4h。本专利技术还提供一种上述制备方法得到的多孔CoAl双金属氧化物二维阶层结构电极材料。和现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：通过本专利技术的方法获得的多孔CoAl双金属氧化物二维阶层结构电极材料充分利用了双金属氧化物之间的协同作用，克服了单纯金属氧化物活性位点少、循环性能差和比表面积小等缺点，不仅循环稳定性好，具有较高的能量功率密度，是理想的能源材料之一。附图说明图1是实施例1所得的CoAl双金属氧化物的扫描电镜图。图2是实施例2所得的CoAl双金属氧化物的扫描电镜图。图3是实施例3所得的CoAl双金属氧化物的扫描电镜图。图4是实施例3所得的CoAl双金属氧化物XRD图。图5是实施例3所得的CoAl双金属氧化物电化学性能测试图。图6是实施例3所得的CoAl双金属氧化物的BET曲线图。具体实施方式下面通过具体实施例并结合附图对本专利技术进一步阐述，但并不限制本专利技术。实施例1一种多孔CoAl双金属氧化物二维阶层结构电极材料及其制备方法，包括如下步骤：(1)制备CoAl双金属氢氧化物a.首先，在室温下，将4mg硝酸钴和5mg硝酸铝加入到100ml的烧杯中，并向里面加入30ml去离子水进行搅拌15min得到混合溶液；b.然后在上述溶液中加入4mg尿素并且搅拌15min；c.接着把上述溶液移入到高压反应釜中，进行水热反应，温度为90℃，时间是12h；d.反应结束后，自然冷却至室温，对样品进行离心洗涤，之后放进冻干机进行冷冻干燥24h；(2)制备多孔CoAl双金属氧化物a.首先，室温条件下将上述CoAl双金属氢氧化物加入到500ml烧瓶中，并加入25ml去离子水搅拌15min；b.然后将100ml2mol/l的NaOH溶液加入到上述烧瓶中搅拌4h，温度为0℃；c.反应结束后，自然冷却至室温，用去离子水洗涤几次，然后在60℃下烘干一天即为所得样品；d.接着将所的样品放入氮气炉中，在氮气下以4℃/min的速度升温至400℃，煅烧2h，自然降温后所得样品。采用场发射扫描电子显微镜(德国Zeissultra55)仪器，对上述所得的多孔CoAl双金属氧化物粉末进行扫描，所得的扫描电镜图如图1所示，从图1中可以看出CoAl双金属氧化物堆积在一起，但仍然能看出是多孔的CoAl双金属氧化物，其直径是5-10μm，由此表明了成功制备出多孔CoAl双金属氧化物。电化学性能测试：在2mol/lKOH电解液条件下，标准电极是惰性Pt电极，参比电极是Ag/AgCl电极，工作电极是负载活性物质的Pt网，用三电极体系在电化学工作站和蓝电系统测试材料的电化学性能。本专利技术材料的结果表示，在不同电流密度的充放电曲线中，具有较高的比容量及其稳定性，并且在1Ag-1恒流充放电时具有532.3Fg-1的比容量，在循环2000次后依然保持有将近80％的比容量。实施例2一种多孔CoAl双金属氧化物二维阶层结构电极材料及其制备方法，包括如下步骤：(1)制备CoAl双金属氢氧化物a.首先，在室温下，将10mg硝酸钴和15mg硝酸铝加入到100ml的烧杯中，并向里面加入40ml去离子水进行搅拌20min得到混合溶液；b.然后在上述溶液中加入5mg尿素并且搅拌20min；c.接着把上述溶液移入到高压反应釜中，进行水热反应，温度为100℃，时间是18h；d.反应结束后，自然冷却至室温，对样品进行离心洗涤，之后放进冻干机进行冷冻干燥36h；(2)制备多孔CoAl双金属氧化物a.首先，室温条件下将上述CoAl双金属氢氧化物加入到500ml烧瓶中，并加入50ml去离子水搅拌20min；b.然后将150ml3mol/l的NaOH溶液加入到上述烧瓶中搅拌4h，温度为5℃；c.反应结束后，自然冷却至室温，用去离子水洗涤几次，然后在70℃下烘干一天即为所得样品。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多孔CoAl双金属氧化物二维阶层结构电极材料的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：(1)制备CoAl双金属氢氧化物先将硝酸钴和硝酸铝、尿素和去离子水混合搅拌，得到混合溶液；然后将上述混合溶液移入水热釜中进行水热反应，反应结束后进行离心、洗涤和冻干，得到CoAl双金属氢氧化物；(2)制备多孔CoAl双金属氧化物将上述得到的CoAl双金属氢氧化物用去离子水分散搅拌，接着加入碱溶液，0～20℃的温度下反应4～12h，再离心分离、烘干，得到样品；之后将样品置于管式炉中，在惰性气氛保护下进行热处理，得到CoAl双金属氧化物二维阶层结构电极材料。

【技术特征摘要】
1.一种多孔CoAl双金属氧化物二维阶层结构电极材料的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：(1)制备CoAl双金属氢氧化物先将硝酸钴和硝酸铝、尿素和去离子水混合搅拌，得到混合溶液；然后将上述混合溶液移入水热釜中进行水热反应，反应结束后进行离心、洗涤和冻干，得到CoAl双金属氢氧化物；(2)制备多孔CoAl双金属氧化物将上述得到的CoAl双金属氢氧化物用去离子水分散搅拌，接着加入碱溶液，0～20℃的温度下反应4～12h，再离心分离、烘干，得到样品；之后将样品置于管式炉中，在惰性气氛保护下进行热处理，得到CoAl双金属氧化物二维阶层结构电极材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，硝酸钴和硝酸铝的质量比为2:15～8:1；硝酸铝和去离子水的质量体积比为1:15～4:3mg/ml，搅拌时间为15-30min。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，硝酸钴和尿素的质量比为1:1-5:1。4.根据权利要求1所述的制备方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔺华林，陈达明，常兴，王爱民，韩生，韩治亚，陈红艳，刘平，赵志成，刘玥冉，周嘉伟，许广文，陈海军，韦焕明，余焓，卢德力，蒋继波，邱丰，何忠义，熊丽萍，
申请(专利权)人：上海应用技术大学，
类型：发明
国别省市：上海,31