一种制备F-离子掺杂δ-MnO2超级电容器电极材料的方法技术

本发明专利技术提供一种制备F

【技术实现步骤摘要】
一种制备F
‑
离子掺杂
δ
‑
MnO2超级电容器电极材料的方法


[0001]本专利技术涉及电容器电极材料
，具体涉及一种制备F
‑
离子掺杂δ
‑
MnO2超级电容器电极材料的方法。

技术介绍

[0002]超级电容器是一种可循环使用的新型储能器件，可以代替电池和传统电容器，其表现出优异的电化学性能。而在超级电容器中，电极材料是其重要组成部分之一，对超级电容器的性能有重要的影响。金属氧化物MnO2因具有较高的理论比电容(～1370F g
‑1)，制备工艺简单，储量丰富及环保等特点，被认为是一种具有发展前景的电极材料。
[0003]MnO2晶体的基本结构单元为[MnO6]八面体，根据[MnO6]八面体结合方式的不同，MnO2可分为一维的隧道结构(α
‑
MnO2、β
‑
MnO2、γ
‑
MnO2等)，二维的层状结构(δ
‑
MnO2)和三维的网状结构(λ
‑
MnO2)。其中，δ
‑
MnO2的层间距约为0.7nm，层与层之间存在一些阳离子和水分子，赋予MnO2优异的离子交换和氧化还原能力。但是它仍然存在很多问题，如：本征电导率低，材料粉化，体积膨胀等问题限制了它的寿命。目前，MnO2电极材料的改性方法主要有形貌结构设计、离子掺杂和复合电极等。其中，离子掺杂是一种通过在禁带引入杂质能级从而提高材料导电性能以及形成更稳定的化学键从而提高材料电化学性能的有效手段。然而，如果掺杂离子选择不当，离子则无法进入电极材料晶格内部，起不到改性作用，还可能生成杂相，影响产物的纯度和容量发挥。另外，与电极材料晶格不匹配的离子即使进入晶格，可能会造成晶格极度扭曲，使材料的结构稳定性大幅度降低，从而造成电极的循环稳定性劣化。

技术实现思路

[0004]为了克服以上技术问题，本专利技术的目的在于提供一种制备F
‑
离子掺杂δ
‑
MnO2超级电容器电极材料的方法，通过化学沉积法制备出F
‑
离子掺杂δ
‑
MnO2纳米颗粒，所采用的制备工艺简单，且环境友好；所得产物化学成分均一，颗粒粒度小，分布均匀；具有较高的充放电比电容以及良好的倍率性能。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0006]一种制备F
‑
离子掺杂δ
‑
MnO2超级电容器电极材料的方法，包括以下步骤；
[0007]步骤1：分别称取KMnO4和NH4F倒入去离子水中，并开始磁力搅拌；
[0008]步骤2：往步骤1溶液中滴加乙二醇并将混合溶液磁力搅拌；
[0009]步骤3：将步骤2中的反应产物倒入离心管中，先用去离子水清洗，再用无水乙醇清洗，依次重复2～4次后放入干燥箱中下干燥；
[0010]步骤4：将步骤3中产物研磨，置入坩埚中在马弗炉下煅烧，待马弗炉自然冷却后，得到F
‑
离子掺杂的δ
‑
MnO2纳米粉体。
[0011]所述步骤1中，分别称取1.181～2.339g的KMnO4和0.051～0.3292g的NH4F倒入35～45ml去离子水中，使溶液中F与Mn的总摩尔数之比为1:10～3:5。
[0012]所述步骤2中添加5～15ml的乙二醇并将混合溶液磁力搅拌10～18h。
[0013]所述步骤3中先用去离子水清洗，再用无水乙醇清洗，依次重复2～4次后放入干燥箱中在60～70℃下干燥12～24h。
[0014]所述步骤4中产物研磨20～40min，置入坩埚中在300～400℃的马弗炉下煅烧1～4h。
[0015]本专利技术的有益效果：
[0016]本专利技术利用化学沉积法制备出F
‑
离子掺杂δ
‑
MnO2纳米颗粒，本实验操作简单、方便且无污染；所得产物颗粒小、分布均匀，具有良好的电化学性能。原料KMnO4与乙二醇在水溶液体系中进行氧化还原反应，由于一直对体系进行磁力搅拌，生成的前驱产物可以处于分子级均匀分散状态。这些前驱物是煅烧过程中MnO2成核结晶的基础，分子级的分散状态促使MnO2均匀成核，另外通过调节煅烧温度和保温时间控制晶体生长尺寸，最终得到颗粒细小、尺寸均匀的MnO2纳米颗粒。
[0017]由于原料中含有F
‑
离子，F
‑
离子具有较强的腐蚀性。未进入晶格的F
‑
离子可以腐蚀产物的表面，使产物表面变得粗糙、比表面积增大，进而使产物与电解液更加充分接触，电化学性能改善。
附图说明：
[0018]图1是本专利技术制备产物的XRD图谱。
[0019]图2是本专利技术产物的SEM图。
[0020]图3是本专利技术产物的EDX能谱图；(a)样品；(b)Mn；(c)O；(d)F。
[0021]图4是本专利技术产物在1A g
‑1电流密度下的恒电流充放电曲线。
[0022]图5是本专利技术产物在不同电流密度下的倍率性能测试结果。
具体实施方式
[0023]下面结合实施例对本专利技术作进一步详细说明。
[0024]实施方法一
[0025]F
‑
离子掺杂δ
‑
MnO2纳米颗粒的制备方法，包括以下步骤：
[0026]步骤1：分别称取2.260g的KMnO4和0.181g的NH4F倒入40ml去离子水中，使溶液中F与Mn的总摩尔数之比为7:20，并开始磁力搅拌。
[0027]步骤2：往步骤1溶液中滴加10ml的乙二醇并将混合溶液磁力搅拌12h。
[0028]步骤3：将步骤2中的反应产物倒入离心管中，先用去离子水清洗，再用无水乙醇清洗，依次重复3次后放入干燥箱中在70℃下干燥12h。
[0029]步骤4：将步骤3中产物研磨30min，置入坩埚中在350℃的马弗炉下煅烧2h，待马弗炉自然冷却后，得到F
‑
离子掺杂的δ
‑
MnO2纳米粉体。
[0030]实施方法二
[0031]F
‑
离子掺杂δ
‑
MnO2纳米颗粒的制备方法，包括以下步骤：
[0032]步骤1：分别称取2.339g的KMnO4和0.329g的NH4F倒入35ml去离子水中，使溶液中F与Mn的总摩尔数之比为3:5，并开始磁力搅拌。
[0033]步骤2：往步骤1溶液中滴加8ml的乙二醇并将混合溶液磁力搅拌10h。
[0034]步骤3：将步骤2中的反应产物倒入离心管中，先用去离子水清洗，再用无水乙醇清洗，依次重复3次后放入干燥箱中在60℃下干燥24h。
[0035]步骤4：将步骤3中产物研磨20min，置入坩埚中在300℃的马弗炉下煅烧1h，待马弗炉自然冷却后，得到F
‑
本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制备F
‑
离子掺杂δ
‑
MnO2超级电容器电极材料的方法，其特征在于，包括以下步骤；步骤1：分别称取KMnO4和NH4F倒入去离子水中，并开始磁力搅拌；步骤2：往步骤1溶液中滴加乙二醇并将混合溶液磁力搅拌；步骤3：将步骤2中的反应产物倒入离心管中，先用去离子水清洗，再用无水乙醇清洗，依次重复2～4次后放入干燥箱中下干燥；步骤4：将步骤3中产物研磨，置入坩埚中在马弗炉下煅烧，待马弗炉自然冷却后，得到F
‑
离子掺杂的δ
‑
MnO2纳米粉体。2.根据权利要求1所述的一种制备F
‑
离子掺杂δ
‑
MnO2超级电容器电极材料的方法，其特征在于，所述步骤1中，分别称取1.181～2.339g的KMnO4和0.051～0.3292g的NH4F倒入35...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏傲，曾啸雄，谈国强，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：