一种一维多孔纳米线状四氧化三钴电极材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于无机材料的制备领域，具体涉及一种一维多孔纳米线状四氧化三钴电极材料及其制备方法。该方法的具体步骤为：将钴盐和次氮基三乙酸溶解于异丙醇和去离子水的混合溶液中，搅拌，形成混合均匀的溶液；将上述混合均匀的溶液置于水热反应釜中密封，水热反应结束后，经洗涤、离心分离出固体粉末，真空干燥后，得到前驱物；将得到的前驱物在空气氛围中进行高温煅烧，冷却至室温即可得到一维多孔纳米线状四氧化三钴电极材料。该方法制备得到的一维多孔纳米线状四氧化三钴电极材料具有很好的连续性且形状均匀、纯度高，用作超级电容器电极材料时，表现出高的比电容和倍率性能。本发明专利技术制备方法简单、易于操作、重复性好。

【技术实现步骤摘要】
一种一维多孔纳米线状四氧化三钴电极材料及其制备方法
本专利技术属于无机材料的制备领域，具体涉及一种一维多孔纳米线状四氧化三钴电极材料及其制备方法。
技术介绍
超级电容器作为一种重要的储能设备，以其寿命长、充电速度快、功率密度高等优点引起了人们的广泛兴趣。超级电容器可以通过在活性材料表面进行离子吸附或可逆法拉第氧化还原反应来存储能量，在供电系统、混合动力汽车、工业规模电力和能源管理等方面都具有很大的应用潜力。从材料的角度出发，超级电容器电极材料主要分为三类：碳材料、金属氧化物/氢氧化物和导电聚合物。其中金属氧化物或羟基材料比导电聚合物和碳基材料产生的比电容更高而备受关注。在各种过渡金属氧化物中，Co3O4因其成本低、氧化还原活性好、理论比电容高(3560Fg−1)而被认为是最具吸引力的材料之一。然而，在实际测量中，Co3O4的比电容距离理论比电容还有一定的差距。通过不同的制备方法来控制纳米尺度上的形貌，以达到减小尺寸和增大比表面积的作用，可以有效的获得更多的活性位点，提高其比电容和改善倍率性能。此外，一维多孔材料，不仅可以增加有效接触面积，而且有利于电子传输。因此，开发一种新型的一维多孔纳米线状四氧化三钴电极材料及其制备技术具有重要的科学意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种一维多孔纳米线状四氧化三钴电极材料及其制备方法，该制备方法简单、易于操作、重复性好，所制备得到一维多孔纳米线状的四氧化三钴连续性好、形状均匀、纯度高且在超级电容器的应用中表现出优异的性能。本专利技术提出的技术方案：一种一维多孔纳米线状四氧化三钴电极材料及其制备方法，其特征在于采用以下步骤：（1）将钴盐和次氮基三乙酸溶解于异丙醇和去离子水的混合溶液中，搅拌30min，形成混合均匀的溶液；其中，钴盐在溶液中的浓度为0.05—0.2mol/L，次氮基三乙酸在溶液中的浓度为0.1—0.3mol/L；异丙醇和去离子水的体积比为1：4—4：1；（2）将步骤（1）得到的混合均匀的溶液置于水热反应釜中密封，在150—200℃反应12—36h，反应结束后，自然冷却至室温，经离心分离出固体粉末，洗涤，真空干燥后，得到前驱物；（3）将步骤（2）得到的前驱物在空气氛围中煅烧，以0.5—10℃/min的升温速率加热到300—500℃，煅烧0.2—4h，冷却至室温即得一维多孔纳米线状四氧化三钴电极材料。优选地，步骤（1）中所述的钴盐为氯化钴、硝酸钴、硫酸钴或乙酸钴。优选地，步骤（1）中所述的钴盐在溶液中的浓度为0.173mol/L，次氮基三乙酸在溶液中的浓度为0.118mol/L。优选地，步骤（1）中所述的异丙醇和去离子水体积比为3：1。优选地，步骤（2）中所述的混合均匀溶液置于水热反应釜中密封，水热条件为180℃反应24h。优选地，步骤（3）中所述的升温速率为1℃/min，煅烧温度为350℃，煅烧时间为0.5h。有益效果（1）本专利技术采用水热和煅烧法制备了一种一维多孔纳米线状四氧化三钴电极材料，通过调节钴盐、次氮基三乙酸的浓度，异丙醇和去离子水体积比，以及水热反应温度和时间，使一维多孔纳米线状四氧化三钴电极材料连续、均匀、比表面积大，以提供更多的活性位点；（2）本专利技术制备方法工艺简单、易于操作，重复性好，产品纯度高，在超级电容器的应用中表现出优异的性能，比电容高、倍率性能好。附图说明图1为本专利技术实施例1制备的一维多孔纳米线状Co3O4的扫描电子显微镜（SEM）照片；图2为本专利技术实施例1制备的一维多孔纳米线状Co3O4的透射电子显微镜（TEM）照片；图3为本专利技术实施例1制备的一维多孔纳米线状Co3O4的X-射线衍射（XRD）图谱；图4为本专利技术实施例1制备的一维多孔纳米线状Co3O4的氮吸附和孔径分布曲线；图5为本专利技术实施例1制备的一维多孔纳米线状Co3O4电极的倍率性能图。具体实施方式下面列举实施例对本专利技术进行说明，但本专利技术并不局限于这些实施例。实施例1将6.9mmol氯化钴和4.7mmol次氮基三乙酸溶解于30mL异丙醇和10mL去离子水的混合溶液中，搅拌得到均匀溶液。将上述均匀溶液放入水热反应釜中密封，在180℃保温反应24h。将得到的产物用20mL去离子水洗涤，经离心分离出固体，上述洗涤过程重复三次；在得到的固体中加入20mL无水乙醇洗涤，真空干燥后，得到前驱物。将得到的前驱物在空气氛围中350℃煅烧0.5h，升温速率为1℃/min，即可得到一维多孔纳米线状四氧化三钴电极材料。将本专利技术制备的一维多孔纳米线状四氧化三钴与乙炔黑和聚四氟乙烯（PVDF）分别按照8:1:1的比例混合，滴加N—甲基—2吡咯烷酮（NMP）溶液后充分分散研磨混匀，研磨成均匀浆料后涂覆在泡沫镍上，烘干。在20MPa压力下将浆料均匀压入1×1cm2的泡沫镍中，在真空条件下80℃干燥10小时。在三电极体系的电化学测量中，将制备的电极材料为工作电极，泡沫镍为对电极，Hg/HgO电极为参比电极，在2MKOH水溶液的三电极体系中进行了电化学性能测试。图1为本实施例制备的一维多孔纳米线状Co3O4的SEM照片，从图中可以看出制备的四氧化三钴为一维多孔纳米线状结构。图2为本实施例制备的一维多孔纳米线状Co3O4的TEM照片，从图中可以看出制备的多孔纳米线状的四氧化三钴直径约100—200nm，由小颗粒组成。X-射线衍射图（图3）证明了所合成的Co3O4为纯相(JCPDS:42-1467)。图4为本实施例制备的一维多孔纳米线状Co3O4的氮吸附和孔径分布曲线，其中，比表面积约为117.9m2g-1，孔径大小主要为17.5nm，这说明了一维多孔纳米线状Co3O4电极材料具有大的比表面积，因此可以提供更多的活性位点。图5为本实施制备的一维多孔纳米线状Co3O4倍率性能图，在电流密度为1、2、5、10和20Ag-1时，比电容分别为2853、2035、1455、1217和765Fg-1。表现出了良好的倍率性能，说明制备的一维多孔纳米线状Co3O4电极材料在超级电容器中具有很大的应用前景。实施例2将5mmol硝酸钴和10mmol次氮基三乙酸溶解于8mL异丙醇和32mL去离子水的混合溶液中，搅拌得到均匀溶液。将制得的均匀溶液放入水热反应釜中密封，在200℃保温反应36h。将得到的产物用20mL去离子水洗涤，经离心分离出固体，上述洗涤过程重复三次；得到的固体中加入20mL无水乙醇洗涤，真空干燥后，得前驱物。将得到的前驱物在空气氛围中500℃煅烧0.2h，升温速率为10℃/min，即得四氧化三钴材料。实施例3将2mmol乙酸钴和4mmol次氮基三乙酸溶解于32mL异丙醇和8mL去离子水的混合溶液中，搅拌得到均匀溶液。将制得的均匀溶液放入水热反应釜中密封，在150℃保温反应12h。将得到的产物用20mL去离子水洗涤，经离心分离出固体，上述洗涤过程重复三次，得到的固体中加入20mL无水乙醇洗涤，真空干燥后，得前驱物。将得到的前驱物在空气氛围中300℃煅烧4h，升温速率为5℃/min，即得四氧化三钴材料。实施例4将8mmol硫酸钴和12mmol次氮基三乙酸溶解于20mL异丙醇和20mL去离子水的混合溶液中，搅拌得到均匀溶液。将制得的均匀溶液放入水热反应釜中密封，在200℃保温反应24h。将得到的产物用20mL去离子本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种一维多孔纳米线状四氧化三钴电极材料及其制备方法，其特征在于采用以下步骤：（1）将钴盐和次氮基三乙酸溶解于异丙醇和去离子水的混合溶液中，搅拌，形成混合均匀的溶液；其中，钴盐在溶液中的浓度为0.05—0.2mol/L，次氮基三乙酸在溶液中的浓度为0.1—0.3mol/L；异丙醇和去离子水体积比为1：4—4：1；（2）将步骤（1）得到的混合均匀的溶液置于水热反应釜中密封，在150—200℃反应12—36h，反应结束后，自然冷却至室温，经离心分离出固体粉末，洗涤，真空干燥后，即可得到前驱物；（3）将步骤（2）得到的前驱物在空气氛围中煅烧，以0.5—10℃/min的升温速率加热到300—500℃，煅烧时间为0.2—4h，冷却至室温即得一维多孔纳米线状四氧化三钴电极材料。

【技术特征摘要】
1.一种一维多孔纳米线状四氧化三钴电极材料及其制备方法，其特征在于采用以下步骤：（1）将钴盐和次氮基三乙酸溶解于异丙醇和去离子水的混合溶液中，搅拌，形成混合均匀的溶液；其中，钴盐在溶液中的浓度为0.05—0.2mol/L，次氮基三乙酸在溶液中的浓度为0.1—0.3mol/L；异丙醇和去离子水体积比为1：4—4：1；（2）将步骤（1）得到的混合均匀的溶液置于水热反应釜中密封，在150—200℃反应12—36h，反应结束后，自然冷却至室温，经离心分离出固体粉末，洗涤，真空干燥后，即可得到前驱物；（3）将步骤（2）得到的前驱物在空气氛围中煅烧，以0.5—10℃/min的升温速率加热到300—500℃，煅烧时间为0.2—4h，冷却至室温即得一维多孔纳米线状四氧化三钴电极材料。2.根据权利要求1所述的一种一维多孔纳米线状四氧化三钴电极材料及其制备...

【专利技术属性】
技术研发人员：李丽，姜高学，孙馨愉，谢政军，曹丙强，
申请(专利权)人：济南大学，
类型：发明
国别省市：山东,37