Co3O4-Au-MnO2三维分级异质纳米片阵列超级电容器材料的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种Co3O4-Au-MnO2三维分级异质纳米片阵列超级电容器材料的制备方法，包括：（1）制备前驱体Co3O4纳米片阵列；（2）利用等离子体溅射法在上述Co3O4纳米片阵列的表面蒸镀，得到Au薄膜覆盖的Co3O4纳米片阵列；（3）将上述Au薄膜覆盖的Co3O4纳米片阵列于0.9V电位下电化学沉积，将MnO2包覆在Au薄膜覆盖的Co3O4纳米片阵列的表面；反应完成后，清洗、干燥、煅烧，即得。本发明专利技术的制备方法操作简单，不需要特殊设备；本发明专利技术所制得的Co3O4-Au-MnO2纳米片阵列分布均匀，为三维分级异质结构，电化学性能优异，应用前景广阔。

【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于超级电容器材料的制备领域,特别涉及一种Co3O4-Au-MnO2三维分级异质纳米片阵列超级电容器材料的制备方法。
技术介绍
众所周知，能源是人类生存与发展的物质基础，目前人类面临着严重的能源危机。研发能量贮存和回收的节能装置，是解决能源问题的有效途径之一。电化学电容器作为一种新型储能器件，具有比传统电容器大得多的能量密度和比电池高得多的功率密度，集能量密度高、功率密度高、循环寿命长、充电时间短和贮存周期长等优点于一身。在汽车、电力、铁路、通讯、国防、消费型电子产品等方面有着巨大的应用价值和市场潜力，引起了国内外科学家的广泛兴趣。目前广泛用于超级电容器的电极材料有多孔炭材料、过渡金属氧化物和导电聚合物(P. Simon et al, Nat. Mater. 2008，7，845.)。在这些材料中，过渡金属氧化物中的四氧化三钴和二氧化锰被认为是最具吸引力的选择，因为它具有价格低廉、环境友好以及优越的电容性能，引起了广大科研工作者的广泛关注。目前各种形貌的四氧化三钴和氧化锰材料都已被制备，而且方法多样，例如化学沉淀法、固相法、溶胶凝胶法等等(R. B. Rakhi et al, Nano Lett. 2012，12，2559.)。然而猛氧化物的低导电性限制了其在高性能超级电容器方面的应用。为了提高所需性能，引入导电性优异的金属制备复合结构纳米材料逐渐引起了科学家的研究兴趣。已有人用复杂方法将Au作为导电层沉积MnO2制备了 W03_x-Au_Mn02复合材料，但是比电容仍然不足以满足市场需求。因此，需要发展一种简单、方便的方法，制备环境友好的、拥有优异性能的多元过渡金属氧化物超级电容器材料
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种Co3O4-Au-MnO2三维分级异质纳米片阵列超级电容器材料的制备方法，该方法操作简单，不需要特殊设备，所制得的三维分级异质结构、电化学性能优异的Co3O4-Au-MnO2纳米片阵列分布均勻。本专利技术的一种Co3O4-Au-MnO2三维分级异质纳米片阵列超级电容器材料的制备方法，包括(I)将泡沫镍在含有DMSO的Co(NO3)2水溶液中于-IV电位下电化学沉积制备Co(OH)2纳米片阵列，然后煅烧，得到前驱体Co3O4纳米片阵列；(2)利用等离子体溅射法在上述Co3O4纳米片阵列的表面蒸镀，形成一层Au颗粒组成的薄膜，得到Au薄膜覆盖的Co3O4纳米片阵列；(3 )将上述Au薄膜覆盖的Co3O4纳米片阵列置于含有DMSO的Mn (CH3COO) 2和CH3COONH4的混合水溶液中，然后于O. 9V电位下电化学沉积，将MnO2包覆在Au薄膜覆盖的Co3O4纳米片阵列的表面；反应完成后，将得到的产物清洗后干燥，最后煅烧，即得Co3O4-Au-MnO2三维分级异质纳米片阵列超级电容器材料。步骤(I)中所述的煅烧为在马弗炉中煅烧。步骤(I)中所述的含有DMSO的Co(NO3)2水溶液中Co(NO3)2的浓度为O.01 O. 05mol/L。步骤(2)中所述的蒸镀的时间为O. 5 3min。步骤(3 )中所述的含有DMSO的Mn (CH3COO) 2和CH3COONH4的混合水溶液中Mn (CH3COO)2 的浓度为 O. 005 O. 02mol/L, CH3COONH4 的浓度为 O. θΓθ. 05mol/L。步骤(3)中所述的清洗为分别用乙醇、去离子水清洗1-3次。 步骤(3)中所述的干燥为于60_80°C干燥3_5h。步骤(3)中所述的煅烧为在马弗炉中煅烧2h.本专利技术得到的Co3O4-Au-MnO2材料是纳米三维分级异质结构。本专利技术中采用的等离子体溅射法的具体操为(1)将金靶放入靶槽，将需要表面处理的样品置于样品旋转台上，闭合样品台旋转开关，盖上玻璃罩；(2)开启机械泵，将真空度稳定在7-10Pa，闭合离子流开关，旋转高压旋钮，调节高压，使实验过程中电流稳定在IOmA ； (3)沉积时间结束时关闭高压，断开离子流开关，最后开启充气旋钮使玻璃罩内压力恢复至大气压，最后取出样品。本专利技术在电化学沉积技术条件下，利用不同条件下制备的前驱体合成阵列型片状Co3O4-Au-MnO2纳米材料,制备结构独特、电化学性能优异的Co3O4-Au-MnO2三维分级异质纳米片阵列。本专利技术在无后续使用低表面能物质修饰产品表面的基础上，以常见的无机物溶液为原料，通过调控电化学沉积过程中反应物的浓度、时间、温度等实验参数，制备出三维Co3O4-Au-MnO2纳米片阵列，得到大面积分布均匀的三维分级异质结构、电化学性能优异的Co3O4-Au-MnO2纳米片阵列。本专利技术通过简单的电化学沉积技术，成功合成的三维分级异质结构，电化学性能优异的Co3O4-Au-MnO2纳米片阵列，将在探索新型电极材料的制备技术，筛选更为理想的、高比电容或体积能量密度、高充放电功率密度的电极材料，提高电化学电容器的性能，解决能源紧缺方面做出贡献。本专利技术通过电化学沉积和等离子溅射技术，合成了 Co3O4-Au-MnO2三维分级异质纳米片阵列，制备的Co3O4-Au-MnO2三维分级异质纳米片阵列具有良好的电化学稳定性，循环5000次基本没有电容损失。由于制备的产品分布均匀，形貌规整，而且通过简单的合成方法就可以得到三维分级异质结构、电化学性能优异的材料。因此，本专利技术制备的Co3O4-Au-MnO2三维分级异质纳米片阵列在超级电容器、锂离子电池材料等方面有巨大的应用潜力。有益效果；(I)本专利技术的制备方法操作简单，不需要特殊设备；(2)本专利技术所制得的Co3O4-Au-MnO2纳米片阵列分布均匀，为三维分级异质结构，电化学性能优异，可大大拓展电化学电容器材料的制备方法与应用领域。附图说明图I为本专利技术制备的三维分级异质Co3O4-Au-MnO2纳米片阵列的扫描电镜图片；图2为本专利技术制备的三维分级异质Co3O4-Au-MnO2纳米片阵列的XPS图片；图3为本专利技术制备的三维分级异质Co3O4-Au-MnO2纳米片阵列的循环稳定性测试图片。具体实施例方式下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。此外应理解，在阅读了本专利技术讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本专利技术作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。本专利技术采用电化学沉积技术，通过调配特定的反应溶液，将经过除去表面氧化层的泡沫镍作为工作电极浸入到反应溶液中，沉积获得Co3O4前驱体后蒸镀Au薄膜，然后在另·一溶液中电化学沉积一定时间，制备电化学性能优异的Co3O4-Au-MnO2三维分级异质纳米片阵列。实施例I(I)利用泡沫镍在含1%(体积浓度)DMSO的O. 02mol/L的Co (NO3) 2水溶液中于-IV下电化学沉积制备Co (OH) 2纳米片阵列，然后在马弗炉中250°C下煅烧2h，获得黑色Co3O4纳米片阵列；(2)再利用等离子体溅射法在获得的Co3O4纳米片表面蒸镀O. 5min，得到Au薄膜覆盖的Co3O4纳米片阵列前驱体；(3)将上述前驱体置于含1% (体积浓度)DMSO的O. 005mol/L Mn (CH3COO) 2和O. Olmol/L CH3COONH4的混合水溶液本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Co3O4？Au？MnO2三维分级异质纳米片阵列超级电容器材料的制备方法，包括：（1）将泡沫镍在含有DMSO的Co(NO3)2水溶液中于？1V电位下电化学沉积制备Co(OH)2纳米片阵列，然后煅烧，得到前驱体Co3O4纳米片阵列；（2）利用等离子体溅射法在上述Co3O4纳米片阵列的表面蒸镀，形成一层Au颗粒组成的薄膜，得到Au薄膜覆盖的Co3O4纳米片阵列；（3）将上述Au薄膜覆盖的Co3O4纳米片阵列置于含有DMSO的Mn(CH3COO)2和CH3COONH4的混合水溶液中，然后于0.9V电位下电化学沉积，将MnO2包覆在Au薄膜覆盖的Co3O4纳米片阵列的表面；反应完成后，将得到的产物清洗后干燥，最后煅烧，即得。

【技术特征摘要】
1.一种Co3O4-Au-MnO2三维分级异质纳米片阵列超级电容器材料的制备方法，包括 (1)将泡沫镍在含有DMSO的Co(NO3) 2水溶液中于-IV电位下电化学沉积制备Co (OH) 2纳米片阵列，然后煅烧，得到前驱体Co3O4纳米片阵列； (2)利用等离子体溅射法在上述Co3O4纳米片阵列的表面蒸镀，形成一层Au颗粒组成的薄膜，得到Au薄膜覆盖的Co3O4纳米片阵列； (3)将上述Au薄膜覆盖的Co3O4纳米片阵列置于含有DMSO的Mn(CH3COO) 2和CH3COONH4的混合水溶液中，然后于O. 9V电位下电化学沉积，将MnO2包覆在Au薄膜覆盖的Co3O4纳米片阵列的表面；反应完成后，将得到的产物清洗后干燥，最后煅烧，即得。2.根据权利要求I所述的一种Co3O4-Au-MnO2三维分级异质纳米片阵列超级电容器材料的制备方法，其特征在于步骤(I)中所述的煅烧为在马弗炉中煅烧。3.根据权利要求I所述的一种Co3O4-Au-MnO2三维分级异质纳米片阵列超级电容器材料的制备方法，其特征在于步骤(I)中所述的含有DMSO的Co (NO3) 2水溶液中Co (NO3) 2的浓度为 O. 0...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡俊青，李文尧，邹儒佳，李高，徐开兵，孙彦刚，王滕，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：