一种高比表面积氧空位铕掺杂Co3O4纳米颗粒及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高比表面积氧空位铕掺杂Co3O4纳米颗粒及其制备方法，属于超级电容器电极材料制备领域。铕掺杂Co3O4纳米颗粒的制备方法包括以下步骤：称取一定量的六水合硝酸钴和铕可溶性盐，以水和乙二醇为混合溶剂，搅拌均匀后加入尿素得到混合溶液；将所得的混合溶液在80

【技术实现步骤摘要】
一种高比表面积氧空位铕掺杂Co3O4纳米颗粒及其制备方法


[0001]本专利技术涉及纳米材料制备
，特别是指一种高比表面积氧空位铕掺杂Co3O4纳米颗粒及其制备方法。

技术介绍

[0002]具有快速充放电和超长的使用寿命等优点的超级电容器可为工业发展的能源供应需求提供保障。其中，基于氧化还原材料的赝电容器通常表现出远高于碳基双电层电容器的电容性能。在这些氧化还原材料中，过渡金属氧化物(TMOs)因其高的理论比电容、多价态转换、快速的氧化还原反应或离子插入反应而备受关注，被认为是很有前途的赝电容材料。四氧化三钴(Co3O4)作为一种极具代表性的TMOs而成为高性能电容材料的热门选择。然而，因Co3O4具有极差的本征电导率以及低的比表面积，导致其电容性能的优势很难发挥出来。同时，高导电材料作为外源性修饰手段与Co3O4复合可提高其电容性能，但Co3O4的体相内电化学活性仍未激发，其电荷储存能力仍未充分释放。
[0003]近年来，异质离子掺杂制造表面和体相氧空位是有效改善过渡金属氧化物电容性能的途径。与过渡金属元素不同，稀土元素具有特殊的4f电子构型、适宜的离子半径和高可溶性等特点可作为掺杂剂，并提供了掺杂元素的多种选择。利用稀土掺杂TMOs可有效构建具有高氧化还原活性的非对称氧空位位点，增强电解液离子的吸附/解吸附能力，激发提高了TMOs的体相电化学活性，最终有利于提高其电容性能。同时，稀土的掺杂也可合理调控其结构、微观形貌和化学组成等，这些作用有利于TMOs的比表面积的增大、表面化学反应位点数量的增加以及电极界面的电子/离子传输。高比表面积促进了电极材料与电解液离子的相互接触，有利于加速法拉第反应。
[0004]目前，稀土铕掺杂的Co3O4的制备及其电容研究还没有报道。因此，稀土铕掺杂Co3O4的策略有望获取高电容性能的Co3O4基电极材料并为储能应用的氧化还原材料设计提供新思路。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的不足，本专利技术目的是提供一种高比表面积氧空位铕掺杂Co3O4纳米颗粒及其制备方法，本专利技术采用化学沉淀法制备的高比表面积氧空位铕掺杂Co3O4纳米颗粒不仅具有优异的电容性能，且工艺流程简单，无污染。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提供技术方案如下：
[0007]一方面，本专利技术提供一种高比表面积氧空位铕掺杂Co3O4纳米颗粒的制备方法，包括以下步骤：
[0008]步骤1：称取一定量的六水合硝酸钴Co(NO3)2·
6H2O和铕可溶性盐，溶于120mL水和乙二醇的混合溶剂中，得到混合溶液A；
[0009]步骤2：称取尿素，溶于混合溶液A中，搅拌均匀后，得到溶液B；
[0010]步骤3：将步骤2所得的溶液B在80
‑
90℃的温度下反应8
‑
12h，自然冷却到室温后，
将所得产物离心分离，洗涤干燥，得到铕掺杂Co3O4前驱体；
[0011]步骤4：将步骤3所得前驱体置于马弗炉中煅烧，煅烧结束后得到最终产物铕掺杂Co3O4纳米颗粒。
[0012]进一步的，所述步骤1中，铕可溶性盐为硫酸盐、硝酸盐或氯化盐。
[0013]优选的，所述六水合硝酸钴与稀土可溶性盐的摩尔比为100:0.5
‑
7。
[0014]优选的，所述水和乙二醇的混合溶剂中水和乙二醇的体积比为1:7。
[0015]进一步的，所述六水合硝酸钴与尿素的摩尔比为1:1
‑
5。
[0016]优选的，所述步骤3中，干燥温度为60℃，干燥时间为6
‑
12h。
[0017]优选的，所述步骤4中，煅烧的温度为300℃，煅烧时间为2h；马弗炉程序升温速率为10℃/min。
[0018]另一方面，本专利技术还提供一种上述方法制备的铕掺杂Co3O4纳米颗粒。
[0019]再一方面，本专利技术还提供一种上述铕掺杂Co3O4纳米颗粒在超级电容器电极材料中的应用。
[0020]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0021]本专利技术采用六水合硝酸钴、尿素以不同种类铕盐类作为原料，在水
‑
乙二醇混合溶剂体系下进行制备。该方法原料易得，制备成本低廉、过程简单、污染少。通过铕离子掺杂制备的电容性能优越的铕掺杂Co3O4纳米颗粒，具有良好的超级电容器应用前景。
附图说明
[0022]图1(a)为实施例1制备的铕掺杂Co3O4纳米颗粒的表面形貌图，图1(b)为实施例1制备的铕掺杂Co3O4纳米颗粒和对比例1制备的原始Co3O4的氮气吸/脱附和孔径分布曲线，以及图1(c)为实施例1制备的铕掺杂Co3O4纳米颗粒和对比例1制备的原始Co3O4的O1s XPS解卷积；
[0023]图2为在6mol/L KOH溶液中，实施例1样品和对比例1样品在扫速为20mV
·
s
‑1下的循环伏安曲线图(a)、在电流密度为2A
·
g
‑1下的充放电曲线图(b)、比电容图(c)以及在32A
·
g
‑1电流密度下的循环稳定性图(d)。
具体实施方式
[0024]为使本专利技术要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图和具体实施例进行详细描述。
[0025]本专利技术中，所使用的材料及试剂未有特殊说明的，均可从商业途径得到。
[0026]本专利技术提供一种高比表面积氧空位铕掺杂Co3O4纳米颗粒作为高性能电容材料的制备方法，具体实施例如下。
[0027]实施例1
[0028]一种高比表面积氧空位铕掺杂Co3O4纳米颗粒的制备方法，包括如下步骤：
[0029](1)称取5mmol六水合硝酸钴，0.2mmol六水合氯化铕，溶于120mL水和乙二醇的混合溶剂中(其中水和乙二醇比例为1:7)，搅拌均匀后，得到溶液A；
[0030](2)称取20mmol尿素，溶于溶液A，搅拌均匀后，得到溶液B；
[0031](3)将溶液B在磁力搅拌条件下，90℃温度下反应12h，自然冷却到室温，将所得产
物离心分离，分别用水和无水乙醇洗涤3次，分离洗涤后的固体放入60℃温度下干燥12h；然后将所得的固体在300℃的温度下热处理2h，马弗炉以每分钟10℃的条件下进行升温，得到最终产物铕掺杂Co3O4纳米颗粒。
[0032]由图1a所示，该材料的表面形貌为纳米颗粒结构，由图1b和c显示，所制备的铕掺杂Co3O4具有更高的比表面积和氧空位含量。由图2a
‑
c所示，电极材料显示典型的赝电容行为，且在电流密度为2A
·
g
‑1下的电容值为1021.3F
·
g
‑1，当电流密度增加至20A
·
g
‑1，比电容值为525F
·
g
‑1，由图2d所示，该材料在10000次充放电循环条件下，容量保持为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高比表面积氧空位铕掺杂Co3O4纳米颗粒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：称取一定量的六水合硝酸钴和铕可溶性盐，溶于水和乙二醇的混合溶剂中，得到混合溶液A；步骤2：称取尿素，溶于混合溶液A中，搅拌均匀后，得到溶液B；步骤3：将步骤2所得的溶液B在80
‑
90℃的温度下反应8
‑
12h，自然冷却到室温后，将所得产物离心分离，洗涤干燥，得到铕掺杂Co3O4前驱体；步骤4：将步骤3所得前驱体置于马弗炉中煅烧，煅烧结束后得到最终产物铕掺杂Co3O4纳米颗粒。2.根据权利要求1所述的铕掺杂Co3O4纳米颗粒的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，铕可溶性盐为硫酸盐、硝酸盐或氯化盐。3.根据权利要求2所述的铕掺杂Co3O4纳米颗粒的制备方法，其特征在于，所述六水合硝酸钴与铕可溶性盐的摩尔比为100:0.5
‑
7。4.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：周卫强，何垚，徐景坤，蒋丰兴，段学民，李丹琴，
申请(专利权)人：江西科技师范大学，
类型：发明
国别省市：