一种金属氧化物包覆多壁碳纳米管的复合材料及其制备方法、应用技术

本发明专利技术公开了一种金属氧化物包覆多壁碳纳米管的复合材料及其制备方法、应用，其中所述复合材料的制备方法为首先将乙醇作为溶剂，将金属铈盐和尿素作为溶质，加入一定量的多壁碳纳米管，在溶剂热体系中制备前驱体，最后将前驱体在管式炉中氩气氛围煅烧制得最终产物。本发明专利技术提供的制备方法用料价格低廉、产物纯度高、分散性好且孔径可控制、工艺步骤简单，易于操作。所制得的由二氧化铈包覆多壁碳纳米管的珠链状复合材料，可直接作为超级电容器的电极材料，具有优异的电化学行为，可应用在高稳定性，电化学能源存储器件等场合。电化学能源存储器件等场合。电化学能源存储器件等场合。

A composite material of metal oxide coated multi wall carbon nanotubes and its preparation method and Application

【技术实现步骤摘要】
一种金属氧化物包覆多壁碳纳米管的复合材料及其制备方法、应用


[0001]本专利技术公开涉及复合电极材料
，尤其涉及一种金属氧化物包覆多壁碳纳米管的复合材料及其制备方法、应用。

技术介绍

[0002]超级电容器具有超高的功率密度、优异的循环性能和快速充电能力，在许多领域都受到了广泛的关注。电极材料作为超级电容器的组成部分之一，对超级电容器的发展起着至关重要的作用。
[0003]在电极材料中，多孔金属氧化物基纳米材料在不同形貌和尺寸的纳米材料中表现出更大的优势，其理论电容高、氧化还原可逆性好、环境友好等优点被广泛应用于超级电容器中。但是电解液与电极材料之间的传输效率较低在电化学反应过程中限制了金属氧化物的电化学性能。因此，金属氧化物与碳质载体复合材料的研究日益深入，这是利用电极材料的开放空间、高比表面积和结构变异性提高电极材料的电化学性能的途径之一。
[0004]所以提供一种金属氧化物与碳质载体的新型复合材料及制备工艺是人们亟待解决的问题。

技术实现思路

[0005]鉴于此，本专利技术公开提供了一种金属氧化物包覆多壁碳纳米管的复合材料及其制备方法、应用，以解决现有的金属氧化物自身导电性能差等一系列的缺点。
[0006]本专利技术提供的技术方案，具体为，第一方面，本专利技术提供了一种金属氧化物包覆多壁碳纳米管的复合材料，所述复合材料为珠状结构的金属氧化物包覆链状结构的多壁碳纳米管从而构成的核壳结构。
[0007]优选地，所述金属氧化物为CeO2。
[0008]第二方面，本专利技术提供了一种金属氧化物包覆多壁碳纳米管的复合材料的制备方法，包括如下步骤：
[0009]1)将金属铈盐、尿素及多壁碳纳米管、加入到溶剂中，制备得到前驱体；
[0010]2)升温加热步骤1)中所得的前驱体，将得到的产物依次进行洗涤、冷冻干燥，最终得到金属氧化物包覆多壁碳纳米管的珠链状复合材料。
[0011]优选地，所述步骤1)制备前驱体的方法为：将金属铈盐、尿素及多壁碳纳米管依次加入到溶剂中，搅拌1小时后得到均匀的混合溶液，然后将混合溶液转移至聚四氟乙烯内胆的不锈钢高压反应釜中，密封后放入鼓风干燥箱中，升温至100
‑
150℃，反应5
‑
15h，缓慢冷却到室温，静置至少1天后，过滤，洗涤后，干燥得到前驱体。
[0012]优选地，所述步骤2)中加热前驱体的具体步骤为：将所得前驱体转移至到瓷舟中，瓷舟置于管式炉中，惰性气体保护下，升温至400
‑
600℃，煅烧1
‑
2h后，降至室温，得金属氧化物包覆多壁碳纳米管的珠链状复合材料。
[0013]优选地，所述金属铈盐为六水合硝酸铈。
[0014]优选地，所述多壁碳纳米管未经任何氧化处理。
[0015]优选地，步骤1)中得到前驱体前的干燥为冷冻干燥。
[0016]最后，本专利技术提供了一种金属氧化物包覆多壁碳纳米管的复合材料的应用，所述复合材料应用于超级电容器电极材料中。
[0017]本专利技术提供的一种金属氧化物包覆多壁碳纳米管的复合材料的制备方法，该方法中的用料价格低廉、产物纯度高、分散性好且孔径可控制、工艺步骤简单，易于操作。所制得的由二氧化铈包覆多壁碳纳米管的珠链状复合材料，可直接作为超级电容器的电极材料，具有优异的电化学行为，可应用在高稳定性，电化学能源存储器件等场合。
[0018]应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本专利技术的公开。
附图说明
[0019]此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本专利技术的实施例，并与说明书一起用于解释本专利技术的原理。
[0020]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，对于本领域普通技术人员而言，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。
[0021]图1为本专利技术提供的珠状结构金属氧化铈包覆链状结构多壁碳纳米管构成的核壳结构复合材料的XRD测试图谱；
[0022]图2为本专利技术提供的珠状结构金属氧化铈包覆链状结构多壁碳纳米管构成的核壳结构复合材料的SEM图；
[0023]图3为本专利技术提供的珠状结构金属氧化铈包覆链状结构多壁碳纳米管构成的核壳结构复合材料热解后的EDS能谱；
[0024]图4为本专利技术提供的珠状结构金属氧化铈包覆链状结构多壁碳纳米管构成的核壳结构复合材料的循环伏安曲线；
[0025]图5为本专利技术提供的珠状结构金属氧化铈包覆链状结构多壁碳纳米管构成的核壳结构复合材料的恒流充放电曲线；
[0026]图6为本专利技术提供的珠状结构金属氧化铈包覆链状结构多壁碳纳米管构成的核壳结构复合材料的阻抗性能测试的尼奎斯特图。
[0027]图7是本专利技术明珠状结构金属氧化铈包覆链状结构多壁碳纳米管构成的核壳结构复合材料制备流程图；
[0028]图8是本专利技术明珠状结构金属氧化铈包覆链状结构多壁碳纳米管构成的核壳结构复合材料反应时间延长后的形貌对比。
[0029]其中，a：12h；b：24h；c：36h；d：48h；
[0030]图9是本专利技术明珠状结构金属氧化铈包覆链状结构多壁碳纳米管构成的核壳结构复合材料反应增加反应温度的形貌对比。
[0031]其中，a：100℃；b：120℃；c：140℃；d：160℃；
具体实施方式
[0032]这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本专利技术相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本专利技术的一些方面相一致的系统的例子。
[0033]为解决现有技术中，金属氧化物自身导电性能差等一系列的缺点，本实施方案首先提供了一种金属氧化物包覆多壁碳纳米管的复合材料，该复合材料为珠状结构的金属氧化物包覆链状结构的多壁碳纳米管从而构成的核壳结构。
[0034]上述金属氧化物优选为CeO2。金属氧化物CeO2具有较高的理论比电容，结合碳纳米管本身为链状结构，及碳管自身的大π键，有利于电荷的积累和电解液离子的传输，从而有利于比电容的提高。即本实施方案中的珠状结构金属氧化物包覆链状结构多壁碳纳米管结构，可有利于电子的传输。
[0035]另外，本实施方案还提供了一种金属氧化物包覆多壁碳纳米管的复合材料的制备方法，即上述珠状结构金属氧化物包覆链状结构多壁碳纳米管构成的核壳结构复合材料的制备工艺流程为：依次将金属铈盐，尿素，多壁碳纳米管和无水乙醇溶液进行均匀混合，其次将混合均匀的溶液转移至聚四氟乙烯高压反应釜中进行溶剂热生长，最后煅烧制得产物。
[0036]具体包括如下步骤：
[0037]1)依次将金属铈盐、尿素和多壁碳纳米管、加入到溶剂中，制备得到前本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种金属氧化物包覆多壁碳纳米管的复合材料，其特征在于，所述复合材料为核壳结构，是由珠状结构的金属氧化物包覆链状结构的多壁碳纳米管构成。2.根据权利要求1所述的一种金属氧化物包覆多壁碳纳米管的复合材料，其特征在于，所述金属氧化物为CeO2。3.一种金属氧化物包覆多壁碳纳米管的复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)将金属铈盐、尿素及多壁碳纳米管、加入到溶剂中，制备得到前驱体；2)升温加热步骤1)中所得的前驱体，将得到的产物依次进行洗涤、冷冻干燥，最终得到金属氧化物包覆多壁碳纳米管的珠链状复合材料。4.根据权利要求3所述的一种金属氧化物包覆多壁碳纳米管的复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1)制备前驱体的方法为：将金属铈盐、尿素及多壁碳纳米管依次加入到溶剂中，搅拌1小时后得到均匀的混合溶液，然后将混合溶液转移至聚四氟乙烯内胆的不锈钢高压反应釜中，密封后放入鼓风干燥箱中，升温至100
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160℃，反应5
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15h...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹小漫，赵昕睿，孙志佳，张庆国，魏颖，
申请(专利权)人：渤海大学，
类型：发明
国别省市：