一种纳米氧化铁/铜复合材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种纳米氧化铁/铜复合材料及其制备方法与应用。所述纳米氧化铁/铜复合材料包括Fe3O4纳米颗粒和铜纳米球，所述铜纳米球的粒径为100

【技术实现步骤摘要】
一种纳米氧化铁/铜复合材料及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于电容器材料
，具体涉及一种纳米氧化铁/铜复合材料及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]随着对清洁和可持续能源技术需求的不断增长，超级电容器因其快速的充放电速率、优异的比电容和卓越的循环稳定性而在混合动力电动汽车、集成电网和便携式电子设备中受到了极大的关注。目前，超级电容器从储能机理上可分为双电层电容和赝电容。双电层电容是涉及没有法拉第(氧化还原)反应的电解质离子的物理吸附/解吸，在过去的十年中，碳材料由于其表面积大、孔径可控和化学稳定性高而被广泛用作超级电容器的电极。然而，它们较差的导电性和单一的微孔结构更严重地影响了它们的电容性能，因为电解质难以完全进入内部孔隙，导致其难以具有较高的比电容和能量密度。而赝电容通过基于氧化还原的法拉第反应来存储电荷。与碳基电极材料相比，实现高比电容和高能量密度的赝电容材料更为重要(S.Huo，M.Liu，L.Wu，M.Liu，M.Xu，W.Ni and Y.M.Yan，J.Power Sources，2018，387，81
‑
90.；C.Wang，D.Wu，H.Wang，Z.Gao，F.Xu and K.Jiang，J.Colloid.Interf.Sci.，2018，523，133
‑
143.；J.Zhou，C.Zhang，T.Niu，R.Huang，S.Li，J.Z.Zhang and J.G.Chen，ACS Appl.Energy Mater.，2018，1，4599
‑
4605.)。
[0003]目前，过渡金属氧化物，如RuO2、MnO2、Ni和Bi2O3是制备超级电容器最常见的电极材料，通常比双电层电容器显示出更高的比电容。然而在在其他金属氧化物中，Fe3O4因其制备简单、操作电位窗口宽、成本低、资源丰富和无毒等引人注目的优点而受到极大关注。但遗憾的是，Fe3O4循环稳定性差，容量损失大，聚集严重，电导率低(J.Li，Y.Wang，W.Xu，Y.Wang，B.Zhang，S.Luo，X.Zhou，C.Zhang，X.Gu，C.Hu，Porous Fe2O
3 nanospheres anchored on activated carbon cloth for high
‑
performance symmetric supercapacitors，Nano Energy 57(2019)379
‑
387.；C.Zhao，X.Shao，Y.Zhang，X.Qian，Fe2O3/reduced graphene oxide/Fe3O
4 composite in situ grown on Fe foil for high
‑
performance supercapacitors，ACS Appl.Mater.Interfaces 8(2016)30133
‑
30142.；W.Wei，S.Yang，H.Zhou，I.Lieberwirth，X.Feng，K.M
üü
llen，3D graphene foams cross
‑
linked with pre
‑
encapsulated Fe3O
4 nanospheres for enhanced lithium storage，Adv.Mater.25(2013)2909
‑
2914)。因此，开发出一种新型且廉价的高性能超级电容器电极材料是有前途的研究内容。

技术实现思路

[0004]本专利技术的主要目的在于提供一种纳米氧化铁/铜复合材料及其制备方法与应用，以克服现有技术的不足。
[0005]为实现前述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案包括：
[0006]本专利技术实施例提供了一种纳米氧化铁/铜复合材料，其包括Fe3O4纳米颗粒和铜纳
米球，所述铜纳米球的粒径为100
‑
150nm。
[0007]本专利技术实施例还提供了由前述的纳米氧化铁/铜复合材料的制备方法，其包括：
[0008]使包含铜源、铁源、乙酸盐和溶剂的混合反应体系于180
‑
200℃发生水热反应15
‑
20h，制得纳米氧化铁/铜复合材料。
[0009]本专利技术实施例还提供了前述的纳米氧化铁/铜复合材料于制备超级电容器电极材料中的用途。
[0010]本专利技术实施例还提供了一种超级电容器电极材料，其包括前述的纳米氧化铁/铜复合材料。
[0011]本专利技术实施例还提供了一种超级电容器电极材料的制备方法，其包括：
[0012]提供前述的纳米氧化铁/铜复合材料；
[0013]以及，将所述纳米氧化铁/铜复合材料、导电剂与粘合剂混合形成浆料，之后将所述浆料施加于基底材料表面，制得超级电容器电极材料。
[0014]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
[0015](1)本专利技术采用一步水热法制得纳米氧化铁/铜复合材料，制备工艺简单，且纳米氧化铁/铜复合材料具有优异的电化学性能。
[0016](2)本专利技术中将纳米氧化铁/铜复合材料用于超级电容器电极材料时，其具有较高的比电容和能量密度，在超级电容器领域有极好的应用前景。
附图说明
[0017]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0018]图1a
‑
1c分别是本专利技术实施例1、3、4中制备的纳米氧化铁/铜复合材料的微观形貌图；
[0019]图2是本专利技术实施例2制备的超级电容器工作电极的CV扫描曲线；
[0020]图3是本专利技术实施例2制备的超级电容器工作电极的GCD扫描曲线；
[0021]图4是本专利技术实施例2制备的超级电容器工作电极的循环稳定性曲线；
[0022]图5是本专利技术实施例2制备的超级电容器工作电极的EIS图。
具体实施方式
[0023]鉴于现有技术的缺陷，本案专利技术人经长期研究和大量实践，得以提出本专利技术的技术方案，其主要是采用一步水热法合成纳米氧化铁/铜复合材料，并用于超级电容器电极材料。
[0024]下面将对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0025]本专利技术实施例的一个方面提供的一种纳米氧化铁/铜复合材料(亦可称为“纳米Fe3O4@Cu复合材料”)，其包括Fe3O4纳米颗粒和铜纳米球，所述铜纳米球的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纳米氧化铁/铜复合材料，其特征在于，包括Fe3O4纳米颗粒和铜纳米球，所述铜纳米球的粒径为100
‑
150nm。2.根据权利要求1所述的纳米氧化铁/铜复合材料，其特征在于，所述纳米氧化铁/铜复合材料中铜纳米球与Fe3O4纳米颗粒的摩尔比为5∶1
‑
5∶5。3.根据权利要求1所述的纳米氧化铁/铜复合材料，其特征在于，在电流密度为1A/g的三电极体系测试时，所述纳米氧化铁/铜复合材料的比电容为957
‑
1126F/g；和/或，在电流密度为1A/g的双电极体系测试时，所述纳米氧化铁/铜复合材料的比电容为513
‑
558F/g，功率密度为500
‑
550W/Kg，能量密度为71.25
‑
78.32Wh/Kg；和/或，所述纳米氧化铁/铜复合材料在电流密度为20A/g的条件下连续循环2000次后，其电容保留率在80％以上。4.一种纳米氧化铁/铜复合材料的制备方法，其特征在于包括：使包含铜源、铁源、乙酸盐和溶剂的混合反应体系于180
‑
200℃发生水热反应15
‑
20h，制得纳米氧化铁/铜复合材料。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于具体包括：将铜源、铁源分别溶于溶剂形成铜源溶液、铁源溶液，之后混合搅拌30
‑
60min，再加入乙酸钠混合继续搅拌30
‑
60min，形成所述混合反应体系；优选的，所述铜源包括氯化铜、硫酸铜、碳酸铜、硝酸铜中的任意一种或两种以上的组合；优选的，所述铁源包括氯化铁、硫酸铁、硝酸铁、柠檬酸铁铵中的任意一种或两种以上的组合；...

【专利技术属性】
技术研发人员：李爽，邵旗招，罗敏，张瑞莹，邓洁，刘慧慧，
申请(专利权)人：西北大学，
类型：发明
国别省市：