一种泡沫镍载MnCo制造技术

本发明专利技术提供了泡沫镍载MnCo

【技术实现步骤摘要】
一种泡沫镍载MnCo2O4.5/MXene复合纳米材料的制备方法及应用
本专利技术涉及超级电容器领域，具体是一种泡沫镍载MnCo2O4.5/MXene复合纳米材料的制备方法及该复合纳米材料在超级电容器中的应用。
技术介绍
能源问题一直关系着人类的生存发展。特别是二十世纪末以来，人类面临着严重的环境危机和各种资源危机，随着人口的急剧增长以及经济的迅猛发展，各国对资源和环境的需求量已经超出了生态系统的供给能力。为了克服对于现代新兴能源的需求，人们已经逐渐实现了几种利用可再生资源（如太阳能，风能，水力发电，燃料电池等）产生电能的技术。但是由于好多电能的产生不连续，以及电能的波动性大和不稳定等原因，因而导致能源供需之间的严重不匹配。因此，致力于寻求高效的储能和转换装置已经成为一项紧迫的任务。传统的电池和电化学电容器由于其成本低，工作循环效率高，安全可靠，灵活性高，易制备等诸多优点被认为是可以有效解决上述能源问题的新型电化学储能装置，从而引起了人们的广泛关注。而随着时代的快速发展，交通车辆轻便节能化、柔性便捷式穿戴设备以及各种智能电网等新型电子技术产业越来越占据主导地位。人们对启动电源的能量密度、循环稳定性以及柔韧性的要求有了进一步的要求。之前传统的电化学电容器具有的低能量密度和循环稳定性，已经不能满足在新一代能源汽车等领域的批量应用。在此研究背景下，超级电容器的问世弥补了传统电池和电容器的缺陷从而得到人们的广泛关注。在过渡金属氧化物中，近年来，双金属氧化物氧化钴锰在能量转换和存储设备中引起了广泛的关注。但是，由于电导率低和游离的活性位点，在实际应用中并不理想。为了克服双金属氧化物氧化钴锰的上述缺陷，我们引进二维过渡金属碳化物和氮化物（MXenes）使其和该氧化物复合进而设计性能优异的复合电极材料。二维层状MXenes结构因其高比表面积和优异的导电性而成为近年来科学家研究的重点。MXenes主要应用包括用于为可穿戴电子设备供电的能量存储设备，用于发电的能量收集设备以及用于无线通信的可穿戴天线等等。此外，三元MnCo2O4.5电极材料由于具有许多活性离子，因此表现出较高的电导率和电化学活性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种泡沫镍载MnCo2O4.5/MXene复合纳米材料的制备方法，并将该复合材料用于超级电容器。该复合电极材料的电化学性能揭示了二维过渡碳化物在超级电容器领域具有极大的应用潜力和价值，该材料不仅导电性好，而且独有的片层状薄片结构可以带来可观的比电容量。本专利技术的制备方法通过水热过程和静电自组原理成功合成出了片层包覆的海胆状MnCo2O4.5/MXene复合电极材料。利用MXene材料的独特性能将其生长在CTAB溶液处理过的MnCo2O4.5材料表面，形成了具有高比表面积，形貌优异的复合电极材料。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种泡沫镍载MnCo2O4.5/MXene复合纳米材料的制备方法，包括以下步骤：（1）MnCo2O4.5纳米材料的合成：取清洗过的镍泡沫待用；往烧杯中加入去离子水、四水硝酸锰、六水合硝酸钴、尿素、十六烷基三甲基溴化铵和氟化铵，在室温下搅拌30分钟形成均匀溶液；将溶液和镍泡沫一块转移到高压釜中，并在120℃加热12小时，反应结束后用去离子水和乙醇重复洗涤，然后将样品真空干燥；最后，在350℃下煅烧2小时得到MnCo2O4.5纳米材料；（2）MXene的制备：分层的Ti3C2TxMXene纳米片利用LiF/HCl作为蚀刻剂采用脱层工艺法合成，具体为：首先，将Ti3AlC2MAX相前体粉末逐渐滴加到蚀刻剂中，然后在磁力搅拌下50℃刻蚀掉Al离子；离心洗涤数次，最终测试使得溶液pH=6；然后，将沉淀物重新分散在去离子水中，多次离心获得分层的MXene纳米片的深绿色上清液；（3）MnCo2O4.5/MXene复合材料的制备：将制备好的MnCo2O4.5泡沫镍与CTAB溶液放置到烧杯中充分搅拌，使表面带有CTAB阳离子，去离子水冲洗；然后，将MnCo2O4.5-CTAB+泡沫镍放置在MXene溶液中，搅拌6h后，洗涤，70℃真空干燥12h，即可得到MnCo2O4.5/MXene复合材料。上述方案中，步骤（3）是最关键的一步，如果在该步骤中没有在MnCo2O4.5泡沫镍上引入MXene层，就不能获得MnCo2O4.5/MXene复合电极材料。在MnCo2O4.5泡沫镍上引入MXene层之前，CTAB的加入不仅可以作为分散剂使得材料在合成过程中避免发生严重团聚，而且为下一步修饰MXene提供了一定的阳离子。作为本专利技术优选的，所述步骤（1）中四水硝酸锰、六水合硝酸钴、尿素、CTAB和氟化铵的相邻两种物质添加的时间间隔为15min。其中，CTAB的添加量需注意，本实验用量为0.13mmol，过少材料合成不均匀，过多则会影响电化学性能。作为本专利技术优选的，所述步骤（1）中真空干燥的条件是70℃、12h。作为本专利技术优选的，所述步骤（1）的煅烧升温速率为5℃/min，空气下煅烧。作为本专利技术优选的，所述步骤（2）中刻蚀时间为24h。作为本专利技术优选的，所述步骤（3）中CTAB的引入不仅可以作为分散剂使得材料在合成过程中避免发生严重团聚，而且为下一步MXene提供了一定的阳离子。作为本专利技术优选的，上述方法也可用于制备镍钴或铜钴双金属氧化物与MXene的复合纳米材料，不同的是，在步骤（1）中将四水硝酸锰换成含镍或含铜的化合物，如硝酸镍或硝酸铜。所制备的复合纳米材料在超级电容器中也可应用。作为本专利技术优选的，上述方法制备的MnCo2O4.5/MXene复合电极材料在超级电容器中的应用。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：1、利用本专利技术方法制备的MnCo2O4.5/MXene复合材料解决了目前氧化钴锰化合物因电导率低和电化学活性低在实际应用中不理想的问题，提供了一种反应条件温和、操作方法简单的MnCo2O4.5/MXene复合材料的制备方法。2、本专利技术制备的MnCo2O4.5/MXene复合电极材料的形貌比较新奇，以泡沫镍为衬底，在上面合成了绒刺海胆状结构的复合材料。三元MnCo2O4.5电极材料由于具有许多活性离子，因此表现出较高的电导率和电化学活性；二维层状MXenes结构具有高比表面积和优异的导电性的特点；薄片层结构的MXene自组在海胆状MnCo2O4.5纳米材料上大大的提高了材料的比表面积，更有利于电化学反应过程中离子的传输交换。将其直接作为电极材料进行了检测，证实了该复合材料在超级电容器中有良好的应用。3、本专利技术所采用的原材料廉价易得，操作简便易行，使得这种方法更易应用于工业生产。4、本专利技术所制备的材料具有高比表面积和循环稳定性，不仅导电性好，而且独有的片层状薄片结构可以带来可观的比电容量。附图说明图1为MnCo2O4.5/MXene的XRD图谱；图2为放大倍数为7000倍下MnCo2O4.5的SEM图像本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种泡沫镍载MnCo

【技术特征摘要】
1.一种泡沫镍载MnCo2O4.5/MXene复合纳米材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
（1）MnCo2O4.5纳米材料的合成：
取清洗过的镍泡沫待用；往烧杯中加入去离子水、四水硝酸锰、六水合硝酸钴、尿素、十六烷基三甲基溴化铵和氟化铵，在室温下搅拌30分钟形成均匀溶液；将溶液和镍泡沫一块转移到高压釜中，并在120℃加热12小时，反应结束后用去离子水和乙醇重复洗涤，然后将样品真空干燥；最后，在350℃下煅烧2小时得到MnCo2O4.5纳米材料；
（2）MXene的制备：
分层的Ti3C2TxMXene纳米片利用LiF/HCl作为蚀刻剂采用脱层工艺法合成，具体为：首先，将Ti3AlC2MAX相前体粉末逐渐滴加到蚀刻剂中，然后在磁力搅拌下50℃刻蚀掉Al离子；离心洗涤数次，最终测试使得溶液pH=6；然后，将沉淀物重新分散在去离子水中，多次离心获得分层的MXene溶液；
（3）MnCo2O4.5/MXene复合材料的制备：
将制备好的MnCo2O4.5泡沫镍与CTAB溶液放置到烧杯中充分搅拌，使表面带有CTAB阳离子，去离子水冲洗；然后，将MnCo2O4.5-CTAB+泡沫镍放置在MXene溶液中，搅拌6h后，洗涤，70℃真空干燥12h，即可得到MnC...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐洁，郭佳慧，张迎九，张莹，王振威，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：河南;41