一种CuCo2O4@MoNi-LDH复合材料的制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种CuCo2O4@MoNi

【技术实现步骤摘要】
一种CuCo2O4@MoNi
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LDH复合材料的制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及超级电容器
，具体涉及一种CuCo2O4@MoNi
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LDH复合材料的制备方法与应用。

技术介绍

[0002]超级电容器（SCs）作为最具吸引力的电子设备之一，由于具有高功率密度、长循环稳定性和使用安全的优点，具有很大的应用潜力而备受关注。根据超级电容器储能原理的不同可以将超级电容器分为三部分：双电层电容器 （Electric Double
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Layer Capacitor，EDLC）、赝电容器（Pseudocapacitor）又称法拉第电容器（Faradic Pseudocapacitor）和混合型超级电容器（Hybrid Capacitor）。其中与双电层电容器(EDLC) 相比，赝电容器是通过典型的法拉第氧化还原过程来存储电荷的电容器，它往往具有更高的比电容。超级电容器的性能在很大程度上取决于电极材料。迄今为止，用于超级电容器的不同种类的电极材料可分为三类：碳材料，导电聚合物，金属化合物。其中镍、钴和铁基化合物等具有多种氧化还原状态，并且由于充放电过程中强烈的法拉第反应已广泛用作超级电容器电极材料。
[0003]过渡金属氧化物中的尖晶石钴矿（MCo2O4，M=Cu、Fe、Mg等），由于其丰富的活性位点和高电导率的特点，使其具有优异的电化学性能，因此，是超级电容器的重要电极材料。尖晶石钴矿中，CuCo2O4还具有合成成本低、稳定性高，以及由于铜元素和钴元素的协同效应而具备显著的速率能力。
[0004]例如，现有技术1（Li, G., et al., Self
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templated formation of CuCo2O
4 triple
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shelled hollow microspheres for all
‑
solid
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state asymmetric supercapacitors. Journal of Alloys and Compounds, 2019. 787: p. 694
‑
699.）通过溶剂热/煅烧方法制备出特殊的三壳中空CuCo2O4。实现了在1 A g ‑1的条件下，比电容为691 F g
ꢀ‑1，并且，由于在充电/放电过程中减少了应力和应变，三壳结构缓冲了体积膨胀/收缩以增强结构稳定性，在2000 次循环后容量仅损失6%。
[0005]在此基础上，将CuCo2O4与载体进行复合可以进一步改善超级电容器的速率能力和循环性能——利用多维效应，通过球体、管、立方体和多面体的中空结构，提供丰富的内部空隙，实现高比表面积和长扩散通道，实现调节电子转移/分离效率和离子扩散速率，最终实现提高电化学活性的技术效果。
[0006]例如，本专利技术专利技术人团队的前期成果现有技术2（Yang, X.Y., et al., Co3O4‑
doped two
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dimensional carbon nanosheet as an electrode material for high
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performance asymmetric supercapacitors. Electrochimica Acta, 2020. 335.）通过低温煅烧与水热法制备海胆状的复合材料Co3O4‑
Ni/GO，通过石墨烯与金属氧化物的结合，防止团聚的同时提高倍率性能。其原因在于，利用碳基材料特有的高稳定性特点，实现循环稳定性在循环3000次后容量保持率可达90 %的技术效果。但是，此类引入碳基材料提高稳定性的方法，均存在碳基材料导致的的比电容性能较低的问题。
[0007]为了解决上述问题，可以采用本身具有高比电容性能的材料代替碳基材料，从而
改善材料的比电容性能。
[0008]例如，本专利技术专利技术人团队的前期成果现有技术3（Mao, X., et al., Core
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shell structured CuCo2S4@CoMoO
4 nanorods for advanced electrode materials. Journal of Alloys and Compounds, 2020. 844.）通过水热和低温煅烧的工艺流程制备CuCo2S4@CoMoO4，并获得核壳状的异质结构。通过提高电解质离子的接触面积，促进电荷转移，获得改善电化学行为的技术效果。但是，该技术方案在经过3000次充放电循环后地方比电容保持率仅达到83%，仍存在进一步提高的空间。其原因经专利技术人研究表明，虽然硫化物具有良好的电子导电性及较小的电阻，但是，由于硫化物与金属氧化物结合在充放电过程中存在显著的体积膨胀和收缩现象，导致其结构稳定性下降，进而导致复合材料的循环稳定性较差。
[0009]通过上述现有技术分析可知，以石墨烯为代表的碳材料和金属硫化物作为载体仍存在各自无法克服的技术问题。基于上述分析，专利技术人认为，选择具有高电化学性能的材料作为载体，并且对形貌进行调控，可以有效提高复合材料的电化学性能和稳定性。
[0010]根据现有技术4（Gu, T.H., et al., Porous Hybrid Network of Graphene and Metal Oxide Nanosheets as Useful Matrix for Improving the Electrode Performance of Layered Double Hydroxides. Small, 2015. 11(32): p. 3921
‑
31.）可知，金属氧化物与层状氢氧化物LDH复合，可以为氧化还原反应和宽敞的离子库提供丰富的电活性位点，从而增强电极内的扩散动力学，不仅提高了电化学性能，还提高了稳定性。
[0011]此外，层状双氢氧化物LDHs除了因其层状结构，使其本身具有高比表面积和良好的传输特性，进而具备高比电容性能，同时，由于组成和形貌具有可调性，作为载体时，可以与金属氧化物形成协同作用；此外，层状双氢氧化物LDHs中的金属元素同样可以与金属氧化物产生影响，也就是说，层状双氢氧化物LDHs的组成金属元素对最终复合材料的电化学性能存在显著的影响。经专利技术人研究，钼镍基层状双氢氧化物LDHs，简称为，MoNi
‑
LDH因为具有多重氧化态，可以极大地提高氧化还原反应过程中LDH的电化学活性。
[0012]例如，如现有技术5（Jeghan, S.M.N., N. Kim, and G. Lee, Mo
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incorporated three
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dimensional hierarchical ternary nickel
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cobalt
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molybdenum layer double hy本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种CuCo2O4@MoNi
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LDH复合材料，其特征在于：由中空球状CuCo2O4以及纳米片状的MoNi
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LDH构成，所得材料的微观形貌为二级结构，所述二级结构为球状上生长纳米片的结构；其中，所述CuCo2O4为基体材料，微观结构为直径为500
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550 nm的中空球状结构，提供主要形貌和结构较稳定的作用；所述MoNi
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LDH在CuCo2O4表面进行包覆，微观形貌为直径为550
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600 nm包覆纳米片的中空球状结构，提供提高材料比表面积和提升离子传输速率，并最终提高超级电容器电化学性能的作用。2.根据权利要求1所述的CuCo2O4@MoNi
‑
LDH复合材料，其特征在于：所述CuCo2O4的制备方法为，以三水合硝酸铜、六水合硝酸钴、异丙醇和甘油为原料，先采用水热法制备球状Cu
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Co
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gly，然后将Cu
‑
Co
‑
gly灼烧形成；所述MoNi
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LDH的制备方法为，以硝酸镍、钼酸钠和尿素为原料，采用水热法在CuCo2O4表面原位制备形成纳米片，并实现负载。3.根据权利要求1所述CuCo2O4@MoNi
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LDH复合材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1，CuCo2O4的制备，将三水合硝酸铜、六水合硝酸钴溶于异丙醇后，再加入甘油，得到第一次水热反应液，然后，在一定条件下进行第一次水热反应，所得反应产物经无水乙醇洗涤后，在一定条件下进行干燥，得到Cu
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Co
‑
gly，最后，在一定条件下进行退火，即可得到CuCo2O4；步骤2，CuCo2O4@MoNi
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LDH的制备，将硝酸镍、钼酸钠和尿素溶于去离子水中，搅拌至得到混合溶液，然后，将步骤1所得CuCo2O4加入到混合溶液中，在一定条件下进行第二次...

【专利技术属性】
技术研发人员：向翠丽，张楚晗，邹勇进，徐芬，孙立贤，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：