一种超级电容器用的FeP空心纳米棒及其制备方法技术

一种超级电容器用FeP空心纳米棒材料，所述FeP纳米棒为FeP纳米颗粒堆积形成空心结构纳米棒，是以MoO3纳米纤维作为模板，在其表面沉积FeOOH纳米颗粒，消除模板后磷化得到。本发明专利技术制备的FeP材料有着独特空心棒状形貌和发达的分级空隙结构，比表面积较大，故而有利于充放电过程中电解质离子的扩散和传输，进而增强电荷存储能力，其比电容可高达245.2F/g。本发明专利技术制备的FeP空心纳米棒材料的倍率表现和充放电过程中循环稳定性也极其出色，在较高电流密度下（5A/g）连续充放电10000次后依旧保持有86.2%的电容量，同样优于许多已报道的铁基超级电容器电极材料。级电容器电极材料。级电容器电极材料。

【技术实现步骤摘要】
一种超级电容器用的FeP空心纳米棒及其制备方法
[0001]

[0002]本专利技术涉及电化学
，具体涉及一种超级电容器用的FeP空心纳米棒及其制备方法。

技术介绍

[0003]超级电容器因简单的构造、较快的充放电速度、长的使用寿命、大的工作温度范围和良好的稳定性，使之在储能领域展现出更为广阔的前景。影响超级电容器储能性质的因素有多个，比如电极材料、隔膜、电解液、集流体等，但其中影响最为显著的当属电极活性材料。当前市面上的商业超级电容器多采用基于双电层储能机理的多孔碳作为活性材料，虽然其充放电性质稳定，但比容量较低，电荷存储能力相对有限。为了克服这一缺点，近年来人们大力发展基于赝电容储能机理的电极活性材料，比如各种氧化物、硫化物、磷化物等。
[0004]作为磷化物的典型代表，磷化铁在用作电极材料时拥有许多优点，如高的理论比容量，平坦的充放电曲线，成本低廉，储量丰富。但是磷化铁作为超级电容器电极材料时，也面临其他金属氧化物、硫化物存在的问题：导电性差，循环过程中容量衰减严重，具有较差的倍率性能，充放电过程产生较大的体积膨胀。由于存在上述技术问题，使得磷化铁的电化学性能较差，循环稳定性也不尽人意，故难以实现大规模的商业化应用。
[0005]现有技术中也常将其与其他材料比如碳进行复合，在一定程度上来降低上述问题带来的负面影响，但是效果并不明显，然而很少从FeP材料本身进行优化类解决上述问题，来改善FeP材料的性能。磷化铁的传统制备工艺是通过氧化铁和磷化氢(PH3)或者磷酸盐热分解产生的磷化氢在高温条件下反应合成。但制备出的磷化铁颗粒尺寸大，均匀性差，制备过程中难以调控产物的物相和形貌，孔隙结构不够发达，比表面积小，不利于充放电过程中电解质离子的扩散和传输，致使其电荷存储能力较差。因此，需要从工艺上进行优化，调控FeP的形貌尺寸及结构孔隙，从而提高其电化学储能性能。

技术实现思路

[0006]基于上述问题，本专利技术目的在于提供一种超级电容器用的FeP空心纳米棒材料。
[0007]本专利技术目的在于提供上述FeP空心纳米棒材料的制备方法。通过制备出具有特定结构的FeP材料，从而提高其电化学性能。
[0008]本专利技术目的通过如下技术方案实现：一种超级电容器用的FeP空心纳米棒材料，其特征在于：所述FeP纳米棒为FeP纳米颗粒堆积形成空心结构纳米棒，是以MoO3纳米纤维作为模板，在其表面沉积FeOOH纳米颗粒，消除模板后磷化得到。
[0009]进一步，所述FeP空心纳米棒材料是通过先合成MoO3纳米纤维，将其分散于去离子水中，再加入Na2SO4和FeCl3∙
6H2O组成的混合水溶液，加热处理，然后用氨水去除MoO3模板，
最后采用NaH2PO2磷化处理制得。
[0010]进一步，上述MoO3纳米纤维和去离子水的质量体积比为1.2mg：1mL。
[0011]进一步，上述去离子水和混合水溶液的体积比为5:1。
[0012]进一步，上述混合水溶液中，Na2SO4、FeCl3∙
6H2O和水的质量体积比为5.6mg：2.7
‑
32.4mg：1mL。
[0013]进一步，上述磷化处理是将NaH2PO2和FeOOH纳米棒在N2氛围下，于350
‑
360℃下保温1.5
‑
2h。
[0014]进一步，上述NaH2PO2和FeOOH纳米棒的质量比为2
‑
40：1。
[0015]进一步，上述合成MoO3纳米纤维是将(NH4)2MoO4∙
4H2O溶解于去离子水中，再加入浓HNO3，搅拌均匀后在180
o
C下水热反应8h，产物经抽滤、水洗、干燥后得到MoO3纳米纤维。
[0016]进一步，上述(NH4)2MoO4∙
4H2O、去离子水和浓硫酸的质量体积比为1.8g：300mL：60mL。
[0017]进一步，上述加热处理的温度为90
‑
100℃，处理时间为2h。
[0018]上述FeP空心纳米棒材料的制备方法，其特征在于：先合成MoO3纳米纤维，将其分散于去离子水中，再加入Na2SO4和FeCl3∙
6H2O组成的混合水溶液，加热处理，然后去除MoO3模板，最后进行磷化处理。
[0019]在以MoO3为模板沉积制备FeP过程中，发现制备的FeP前驱体物质没有形成均匀沉积，在该过程中，生成的纳米颗粒少，且沉积不均匀，不能完全包覆MoO3模板，在刻蚀模板后，模板表面的纳米材料出现严重碎裂，不能形成完整的空心结构，此外前驱体物质沉积时出现了明显的聚集成团。将该前驱体物质磷化制备的成品中出现了Fe2O3、Fe2P等杂质。以上问题极大地影响了产物最终的电化学储能性质。
[0020]本专利技术中通过在FeCl3水溶液中加入Na2SO4，在其作用下，FeCl3水解生成大量的FOOH纳米颗粒，其形貌粒径均匀，此外，研究中发现，在以MoO3为模板的体系中，Na2SO4起到了促进FOOH纳米颗粒在MoO3表面沉积的作用，从而增强了FOOH在对MoO3的完整包覆，去除模板后，依然能保持其空心纳米棒结构，且由纳米颗粒沉积形成的纳米棒，颗粒之间形成了分级空隙结构，提高了材料的比表面积，从而促进充放电过程中电解质离子的扩散和传输，增强其电荷存储能力，此外纳米颗粒组成空心纳米棒中具有分级空隙结构，形成了多孔导电网格，提高了电极材料的导电性，同时缓解了充放电过程中的体积膨胀效应。
[0021]进一步，上述MoO3纳米纤维和去离子水的质量体积比为1.2mg：1mL。
[0022]进一步，上述去离子水和混合水溶液的体积比为5:1。
[0023]进一步，上述混合水溶液中，Na2SO4、FeCl3∙
6H2O和水的质量体积比为5.6mg：2.7
‑
32.4mg：1mL。
[0024]进一步，上述磷化处理是将NaH2PO2和FeOOH纳米棒在N2氛围下，于350
‑
360℃下保温1.5
‑
2h。
[0025]进一步，上述NaH2PO2和FeOOH纳米棒的质量比为2
‑
40：1。
[0026]进一步，上述合成MoO3纳米纤维是将(NH4)2MoO4∙
4H2O溶解于去离子水中，再加入浓HNO3，搅拌均匀后在180
o
C下水热反应8h，产物经抽滤、水洗、干燥后得到MoO3纳米纤维。
[0027]进一步，上述(NH4)2MoO4∙
4H2O、去离子水和浓硫酸的质量体积比为1.8g：300mL：60mL。
[0028]进一步，上述加热处理的温度为90
‑
100℃，处理时间为2h。
[0029]最具体的，一种超级电容器用的FeP空心纳米棒的制备方法，其特征在于，按如下步骤进行：步骤（一）制备MoO3纳米纤维将(NH4)2MoO4∙
4H2O本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超级电容器用的FeP空心纳米棒材料，其特征在于：所述FeP纳米棒为FeP纳米颗粒堆积形成空心结构纳米棒，是以MoO3纳米纤维作为模板，在其表面沉积FeOOH纳米颗粒，消除模板后磷化得到。2.一种如权利要求1所述的超级电容器用的FeP空心纳米棒材料的制备方法，其特征在于：先合成MoO3纳米纤维，将其分散于去离子水中，再加入Na2SO4和FeCl3∙
6H2O组成的混合水溶液，加热处理，然后去除MoO3模板，最后进行磷化处理。3.如权利要求2所述的一种超级电容器用的FeP空心纳米棒材料的制备方法，其特征在于：所述MoO3纳米纤维和去离子水的质量体积比为1.2mg：1mL。4.如权利要求2或3所述的一种超级电容器用FeP空心纳米棒材料的制备方法，其特征在于：所述去离子水和混合水溶液的体积比为5:1。5.如权利要求2
‑
4任一项所述的一种超级电容器用的FeP空心纳米棒材料的制备方法，其特征在于：所述混合水溶液中，Na2SO4、FeCl3∙
6H2O和水的质量体积比为5.6mg：2.7
‑
32.4mg：1mL。6.如权利要求2
‑
5任一项所述的一种超级电容器用的FeP空心纳米棒材料的制备方法，其特征在于：所述加热处理的温度为90
‑
100℃，处理时间为2h。7.如权利要求6所述的一种超级电容器用FeP空心纳米棒材料的制备方法，其特征在于：所述磷化处理是将NaH2PO2和FeOOH纳米棒在N2氛围下，于350
‑
360℃下保温1.5
‑
2h。8.如权利要求7所述的一种超级电容器用的FeP空心纳米棒材料的制备方法，其特征在于：所述合成MoO3纳米纤维是将(NH4)2MoO4∙
4H2O溶解于去离子水中，再加入浓HNO3，搅拌均匀后在180

【专利技术属性】
技术研发人员：肖巍，周文杰，张艳华，
申请(专利权)人：重庆文理学院，
类型：发明
国别省市：