平码五不中公式规律
  • / 10
  • 下载费用:30 金币  

一种COSUB3/SUBOSUB4/SUB多孔纳米片阵列的制备方法及其应用.pdf

关 键 ?#21097;?/dt>
一种 COSUB3 SUBOSUB4 SUB 多孔 纳米 阵列 制备 方法 及其 应用
  专利查询网所有资源均是用户自行?#27927;?#20998;享,仅供网友学习交流,未经?#27927;?#29992;户书面授权,请勿作他用。
摘要
申请专利号:

CN201611255619.2

申请日:

2016.12.30

公开号:

CN106683894A

公开日:

2017.05.17

当前法律状态:

撤回

有效性:

无权

法?#19978;?#24773;: 发明专利申请公布后的视为撤回 IPC(主分类):H01G 11/24申请公布日:20170517|||实质审查?#32435;?#25928;IPC(主分类):H01G 11/24申请日:20161230|||公开
IPC分类号: H01G11/24(2013.01)I; H01G11/28(2013.01)I; H01G11/46(2013.01)I; H01G11/86(2013.01)I 主分类号: H01G11/24
申请人: 盐城工学院
发明人: 曹月斌; 侯贵华
地址: 224599 江苏省盐城市世纪大道1166号研创大厦
优?#28909;ǎ?/td>
专利代理机构: 南京经纬专利商标代理有限公司 32200 代理人: 楼高潮
PDF完整版下载: PDF下载
法律状态
申请(专利)号:

CN201611255619.2

授权公告号:

||||||

法律状态公告日:

2019.02.22|||2017.06.09|||2017.05.17

法律状态类型:

发明专利申请公布后的视为撤回|||实质审查?#32435;?#25928;|||公开

摘要

本发明公开了一种Co3O4多孔纳米片阵列的制备方法及其应用。该制备方法为步骤1,将碳纤维纸依次经过丙酮、去离子水、乙醇超声清洗后晾干,备用;步骤2,将六水合硝酸钴溶于无水乙醇中,配成摩尔浓度为0.5??3.5mol/L硝酸钴乙醇溶液;步骤3,用滴管将硝酸钴乙醇溶液滴浸于步骤1中洗净的碳纤维纸后真空干燥,重复2??6次,使得每平方厘米碳纤维纸滴浸硝酸钴的量为0.05??0.2mmol;步骤4,将酸钴重结晶/碳纤维纸焙烧得生长于碳纤维纸基底的多孔Co3O4纳米片阵列。本发明所得Co3O4多孔纳米片阵列作为超级电容器的电极材料?#26412;?#26377;高比电容、优异的倍率性能和电化学稳定性。

权利要求书

1.一种Co3O4多孔纳米片阵列的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1,将碳纤维纸依次经过丙酮、去离子水、乙醇超声清洗后晾干,备用;
步骤2,将六水合硝酸钴溶于无水乙醇中,配成摩尔浓度为0.5-3.5mol/L硝酸钴乙醇溶
液;
步骤3,用滴管将硝酸钴乙醇溶液滴浸于步骤1中洗净的碳纤维纸后真空干燥得重结晶
硝酸钴/碳纤维纸,重复2-6次,使得每平方厘米碳纤维纸滴浸硝酸钴的量为0.05-0.2mmol;
步骤4,将重结晶硝酸钴/碳纤维纸焙烧得生长于碳纤维纸基底的多孔Co3O4纳米片阵
列。
2.根据权利要求1所述的一种Co3O4多孔纳米片阵列的制备方法,其特征在于,步骤2中
硝酸钴的浓度为2.0mol/L。
3.根据权利要求1所述的一种Co3O4多孔纳米片阵列的制备方法,其特征在于,步骤3中
真空干燥温度为30-50℃,干燥时间为10-60min。
4.根据权利要求1所述的一种Co3O4多孔纳米片阵列的制备方法,其特征在于,步骤3中
单位平方厘米碳纸所滴浸硝酸钴的量为0.18mmol。
5.根据权利要求1所述的一种Co3O4多孔纳米片阵列的制备方法,其特征在于,步骤4中
焙烧的工艺条件为温度250-350℃,时间10-60min。
6.基于根据权利要求1所述的一种Co3O4多孔纳米片阵列的制备方法所得的Co3O4多孔纳
米片阵列在超级电容器上的应用。

说明书

一种Co3O4多孔纳米片阵列的制备方法及其应用


技术领域

本发明属于超级电容器电极材料制备领域,具体涉及一种Co3O4多孔纳米片阵列的
制备方法及其应用。


背景技术

超级电容器是介于传统电容器和电池之间兼具较高功率密度和能量密度的新型
储能器件,它具有功率密度高、循环寿命长等优势。根据电荷存储机理不同,超级电容器可
以分为双电层超级电容器和赝电容超级电容器。双电层超级电容器通过电极-电解液界面
的离子吸附进?#26800;?#33655;存储,它采用的电极材料主要为高比表面积、高导电性的碳材料。赝电
容超级电容器通过发生在电极上的法拉第反应进?#26800;?#33655;存储,它采用的电极材料包括过渡
金属氧化物(RuO2、MnO2、Co3O4、NiO等)和导电聚合物(聚苯胺、聚?#37327;?#20004;类。过渡金属氧化
物电极具有较碳材料电极高的能量密度,较导电聚合物电极高的稳定性,是一类有应用潜
力的超级电容器电极材料。

氧化物材料做为超级电容器电极时存在两个限制其电容性能提高的因素:一是法
拉第反应通常发生在材料表面,使材料利用率不高,导致比电容量远低于理论容量;二是过
渡金属氧化物,除RuO2外,通常导电性较差,限制了倍率性能的提高。为提高电极材料的利
用?#21097;?#30740;究集中于多孔和纳米结构的制备,以增加电解质和电极活性材料的接触面积。为提
高电极材料的导电性,通常将氧化物与高导电性碳材料进行复合;除此之外,在集流体(泡
沫镍、碳纸等)上原位生长氧化物一维纳米线或二维纳米片,也是提高氧化物电极导电性的
有效方法。将氧化物原位生长与集流体,可以使活性氧化物与集流体更好的接触,使电子快
速由氧化物活性位向集流体转移,而不会像被压制在集流体上的粉体材料那样,电子在无
序的粉体颗粒间的传导增大了电阻。另一方面,将氧化物原位生长于集流体可避免粉体材
料在电极制备中需加入的导电性差的粘结?#31890;?#20174;而避免了电极中导电“死区”的出现。

Co3O4具有高理论电容量(3560F/g),较低的价格和环境友好性,是一种有应用前景
的赝电容电极材料。近年来已有多篇将一维或二维Co3O4生长于集流体的报道,目前的制备
方法主要为?#21512;?#27861;,包括水热反应法(Meilin Liu, et al., Nano Lett., 2012, 12,
321-325; Peng Chen, et al., ACS Nano, 2012, 6, 3206-3213.)和电沉积法(J. B.
Wu, Electrochimica Acta, 2011, 56, 7163-7170; Xiong Wen (David) Lou, Energy
Environ. Sci., 2012, 5, 7883-7887.)。水热法中,将硝酸钴、氯化钴等钴盐和尿素、氨水
等碱溶于去离子水,加入氟化钠等辅助?#31890;?#22312;水热条件下90-120℃反应8-16h,得到生长于
集流体的Co(CO3)0.35Cl0.2(OH)1.1·1.74H2O, Co2(OH)2(CO3)2等阵列。将其在300-400℃温度
下煅烧2-4h,得到生长于集流体的Co3O4一维或二维阵列。电沉积法中,将硝酸钴、硫酸钴等
钴盐水溶液中加入硝酸钠、硫酸钠等辅助?#31890;?#22312;恒电流或恒电位下将Co(OH)2纳米片沉积于
泡沫镍等集流体,然后在250-300℃煅烧2-4h得到Co3O4纳米片阵列。

以上两种?#21512;?#27861;操作较为复杂,钴盐需在水热或电沉积条件下转化为Co2(OH)2
(CO3)2或Co(OH)2等前驱体,再经煅烧步骤才可得到Co3O4。因此,寻求低成本、方法简单?#32435;?br />长于集流体的Co3O4阵列对于其产业化发展十分必要。


发明内容

针对现有技术的不足,本发明的目的在于提供一种Co3O4多孔纳米片阵列的制备方
法及其应用,该方法操作简便,成本低廉,用本发明材料中制备的电极具有较高的比电容、
优异的倍率性能和电化学稳定性。

为解决现有技术问题,本发明采取的技术方案为:

一种Co3O4多孔纳米片阵列的制备方法,包括以下步骤:

步骤1,将碳纤维纸依次经过丙酮、去离子水、乙醇超声清洗后晾干,备用;步骤2,将六
水合硝酸钴溶于无水乙醇中,配成摩尔浓度为0.5-3.5mol/L硝酸钴乙醇溶液;

步骤3,用滴管将硝酸钴乙醇溶液滴浸于步骤1中洗净的碳纤维纸后真空干燥得重结晶
硝酸钴/碳纤维纸,重复2-6次,使得每平方厘米碳纤维纸滴浸硝酸钴的量为0.05-0.2mmol;

步骤4,将重结晶硝酸钴/碳纤维纸焙烧得生长于碳纤维纸基底的多孔Co3O4纳米片阵
列。

作为改进的是,步骤2中硝酸钴的浓度为2.0mol/L。

作为改进的是,步骤3中真空干燥温度为30-50℃,干燥时间为10-60min。

作为改进的是,步骤3中单位平方厘米碳纸所滴浸硝酸钴的量为0.18mmol。

作为改进的是,步骤4中焙烧的工艺条件为温度250-350℃,时间10-60min。

上述制备方法所得的Co3O4多孔纳米片阵列在超级电容器上的应用。

本发明将硝酸钴的乙醇溶液滴浸于碳纤维纸上,干燥过程中硝酸钴重结晶于碳纤
维纸上,此时重结晶的硝酸钴表现为无规则形貌;焙烧首先使硝酸钴融化为液态并吸附于
碳纤维上,随着焙烧温度继续升高硝酸钴?#32440;?#20026;Co3O4,Co3O4原位结晶于碳纤维纸,并结晶
为纳米片形貌;硝酸钴?#32440;?#20013;产生的氮氧化物气体促成了Co3O4纳米片表面多孔结构的形
成。所制备的电极由于活性Co3O4阵列?#33519;?#29983;长于碳纸集流体,增加了电极导电性,此外,
Co3O4多孔纳米片结构又提供了高活性面积和利于离子扩散的通道,从而提高了电极的储能
性能。


有益效果

与现有技术相比,本发明具有两方面优势:

(1)本发明制备工艺简单,通过蒸发结晶将硝酸钴附着于碳纤维纸,不需要水热、电沉
积等操作步骤,另外,所用原料只包括钴盐、乙醇,不需要其他辅助添加?#31890;?#25104;本低廉;

(2)本发明所制备的多孔Co3O4纳米片阵列具有优异的电化学性能,在1A/g充放电电流
密度下电极的比电容达到842F/g,充放电电流密度增大到20A/g时比电容仍高达676F/g,循
环充放电6000次后电极的比电容?#28304;?#21040;初始值的80%以上。


附图说明

图1是实施例1制备的Co3O4多孔纳米片阵列的SEM图片,(a)为低倍SEM,(b)为高倍
SEM;

图2是实施例1制备的Co3O4多孔纳米片阵列的TEM图片;

图3是实施例1制备的Co3O4多孔纳米片阵列用于超级电容器电极时在不同电流密度下
的充放电曲线;

图4是实施例1制备的Co3O4多孔纳米片阵列用于超级电容器电极时在不同充放电电流
密度下的比电容;

图5是实施例1制备的Co3O4多孔纳米片阵列用于超级电容器电极时在电流密度4A/g下
的循环稳定性曲线;

图6是本发明方法制备得致密Co3O4包覆碳纤维纸的SEM图片;

图7是在电流密度2A/g下致密Co3O4包覆碳纤维纸电极与Co3O4纳米片阵列制备得电极
的充放电曲线对比。


具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的优选技术方案。

实施例1

一种Co3O4多孔纳米片阵列的制备方法,包括以下步骤:步骤1,将碳纤维纸切割成1×
4cm的长条,依次经过丙酮、去离子水、乙醇中超声洗涤干净后备用;

步骤2,将5.8gCo(NO3)2·6H2O在超声辅助下溶解于10mL无水乙醇中,配制成2mol/L的
硝酸钴乙醇溶液;

步骤3,用滴管取硝酸钴溶液0.1mL滴浸于碳纸,将其置于真空干燥箱中30℃干燥
30min,继续取0.1mL硝酸钴溶液滴浸于干燥后的硝酸钴/碳纸,再次真空干燥;

步骤4,将蒸发结晶后的硝酸钴/碳纸置于马弗炉中焙烧,焙烧温度为300℃,时间
10min, 得生长于碳纤维纸基底的多孔Co3O4纳米片阵列。


实施例2

一种Co3O4多孔纳米片阵列的制备方法,包括以下步骤:步骤1,将碳纤维纸切割成1×
4cm的长条,依次经过丙酮、去离子水、乙醇中超声洗涤干净后备用;

步骤2,将2.9gCo(NO3)2·6H2O在超声辅助下溶解于10mL无水乙醇中,配制成1mol/L的
硝酸钴乙醇溶液;

步骤3,用滴管取硝酸钴溶液0.1mL滴浸于碳纸,置于真空干燥箱中50℃干燥15min,继
续取0.1mL硝酸钴溶液滴浸于干燥后的硝酸钴/碳纸,再次真空干燥;

步骤4,将蒸发结晶后的硝酸钴/碳纸置于管式炉中在氮气气氛下焙烧,焙烧温度为250
℃,时间30min, 得生长于碳纤维纸基底的多孔Co3O4纳米片阵列。


性能测试

将实施例1制备得生长于碳纤维纸基底的多孔Co3O4纳米片阵列应用于超级电容器上
作为电极材料,然后测定所得电容器的相关?#38382;?#22914;图3-5所示。

从图3-5的结果中可以看出,本发明生长于碳纤维纸基底的多孔Co3O4纳米片阵列
应用于超级电容器上作为电极材料,在1A/g充放电电流密度下电极的比电容达到842F/g,
充放电电流密度增大到20A/g时比电容仍高达676F/g,循环充放电6000次后电极的比电容
?#28304;?#21040;初始值的80%以上

相同制备方法下制备了致密Co3O4包覆碳纤维纸电极,如图6所示。将此方法制备的
Co3O4包覆碳纤维纸电极与 实施例1制备?#32435;?#38271;于碳纤维纸基底的多孔Co3O4纳米片阵列应
用于超级电容器上作为电极材料进行比较,从图7中可知, 2A/g恒电流充放电电流密度下
两者的充放电曲线,可见纳米片阵列Co3O4的比电容远高于致密Co3O4,显示了纳米片阵列结
构的电容存储优势。

以?#32420;?#36848;,仅为本申请较佳的具体实施方式,但本申请的保护范围并不局限于此,
任?#38382;?#24713;本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,
都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此,本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围
为准。

关于本文
本文标题:一种COSUB3/SUBOSUB4/SUB多孔纳米片阵列的制备方法及其应用.pdf
链接地址:http://www.pqiex.tw/p-6079923.html
关于我们 - 网站声明 - 网?#38236;?#22270; - 资源地图 - 友情链接 - 网站客服 - 联?#28404;?#20204;

[email protected] 2017-2018 zhuanlichaxun.net网站版权所有
经营许可证编号:粤ICP备17046363号-1 
 


收起
展开
平码五不中公式规律 网上赌AG真的吗 爱奇艺上微信赚钱广告 北京pk赛车开记录 彩世界北京pk手机版 优乐娱乐开户老虎机游戏 北京pk10看走势技巧 如何通过人脉赚钱 江苏快3最大遗漏图怎么看 云尚娱乐登录地址 迅雷赚钱宝pro怎么买