一種制備高比容量梭狀氧化銅電極材料的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種制備高比容量梭狀氧化銅電極材料的方法，屬于金屬氧化物納米材料制備領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著全球經(jīng)濟的快速發(fā)展，化石燃料和環(huán)境污染加劇的枯竭，目前迫切需要高效，清潔和可持續(xù)發(fā)展的能源，以及與能量轉(zhuǎn)換與存儲相關(guān)的新技術(shù)。因此，超級電容器(也稱為電化學(xué)電容器)，是具有高功率和更快的響應(yīng)時間和接近無限的生命周期合理能量密度的特性，這是具有傳統(tǒng)的介質(zhì)電容和儲能電池電能兩者優(yōu)勢的電能存儲裝置?，F(xiàn)在超級電容器的發(fā)展方向應(yīng)該集中在使用環(huán)保材料、增加了功率和能量密度，以及較低的制造成本。
[0003]為了完成這些目標(biāo)，目前有兩種類型的電極材料受到研究者們的喜愛，例如碳對雙電層電容器，金屬氧化物和導(dǎo)電聚合物。在理論上，電子存儲涉及可逆法拉第反應(yīng)贗的比電容性能力會比一個雙層電容器的強，因為電容從在界面靜電分離產(chǎn)生的會更高。所以，很多努力一直致力于提高過渡金屬氧化物的功率和能量密度，由于其成本低，以及高的比電容，其比電容來源于發(fā)生法拉第反應(yīng)時的可變氧化態(tài)和多電子轉(zhuǎn)移過程。釕氧化物已被廣泛研究用于有源電極的應(yīng)用程序，由于其高的理論容量(約2000F G—工)在電勢窗大約1.4V，但是由于整數(shù)高成本和有毒的性質(zhì)，它們的用途是有限的。作為超級電容器其他可能的金屬氧化物電極材料，銅氧化物基超級電容器最近引起顯著注意:它們表明有較高比電容，環(huán)境友好的性質(zhì)，良好的電化學(xué)性能和原料的成本低。
[0004]Zhang等人報道了花狀的氧化銅納米結(jié)構(gòu)，其在氫氧化鉀電解質(zhì)中的比電容為133.6F g—1，約是氧化銅粉末的3倍。Lokhande等人制備了氧化銅多層納米片薄膜，其作為電極材料在硫化鈉電解質(zhì)中的比電容是43F g—1 Jang等人通過一個無模板的方法在泡沫鎳上生長CuO納米片陣列，在6mmol/L的KOH溶液中的電化學(xué)比電容569F g一、
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明的目的是在于提供一種制備具有特殊的梭狀形貌、粒度分布集中，且具有良好電化學(xué)性能的梭狀氧化銅納米顆粒的方法。
[0006]為了達到上述目的，本發(fā)明提供了一種制備梭狀氧化銅納米顆粒的方法，該方法是在銅鹽水溶液中加入可溶性碳酸鹽及三乙胺，超聲分散，于功率為200?400W的微波環(huán)境中處理10?30min，即得。
[0007 ]優(yōu)選的方案，銅鹽水溶液中銅鹽的濃度為12.5?50mmo I /L。
[0008]較優(yōu)選的方案，銅鹽為氯化銅。
[0009 ]優(yōu)選的方案，可溶性碳酸鹽在銅鹽水溶液中的濃度為12.5?50mmo I /L。
[0010]較優(yōu)選的方案，碳酸鹽為碳酸鈉。
[0011]優(yōu)選的方案，三乙胺與銅鹽水溶液的體積比小于或等于2/40;較優(yōu)選為1/40?2/
40 ο
[0012]本發(fā)明的制備梭狀氧化銅納米顆粒的方法包括以下步驟:
[0013]步驟1:稱量CuCl2,加入50mL的燒杯中，并加入40mL去離子水，并進行10分鐘磁力攪拌，氯化銅的濃度達到12.5?50mmo 1/L；
[0014]步驟2:在步驟I中攪拌均勻后的混合液中，先后加入Na2CO3和三乙胺，攪拌10分鐘，然后超聲5分鐘;碳酸鈉的濃度為12.5?50mmol/L，三乙胺的加入體積小于2mL;
[0015]步驟3:直接放入微波爐中，設(shè)定微波功率為200?400W，微波處理時間為10?30mino
[0016]相對現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明技術(shù)方案具有以下優(yōu)點及突出性效果:
[0017]1、采用銅鹽和碳酸鹽為原料，以水作為溶劑，對環(huán)境無污染。
[0018]2、以三乙胺作為表面活性劑和導(dǎo)向劑，能有效調(diào)節(jié)生成的納米氧化銅晶體顆粒的結(jié)構(gòu)形貌，獲得形貌較好，均一的梭狀氧化銅納米粒子，且對生成的梭狀氧化銅納米粒子分散性好，有效調(diào)節(jié)其顆粒大小，使獲得的納米氧化銅顆粒大小均一，粒徑分布窄。
[0019]3、在微波爐內(nèi)反應(yīng)，反應(yīng)高效、簡單，易于操作，滿足工業(yè)生產(chǎn)要求。
[O O 2 O ] 4、制備的納米氧化銅晶體顆粒具有特殊的形貌，且電化學(xué)活性尚、穩(wěn)定，制備的梭狀氧化銅納米顆粒在Imo 1/L的KOH溶液中的電化學(xué)比電容為1352.5F g—1，優(yōu)于早期報道的氧化銅電化學(xué)性能;在超級電容器電極材料等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0021]【圖1】為實施例1所制備的梭狀氧化銅納米顆粒的X射線粉末衍射圖；
[0022]【圖2】為實施例1所制備的梭狀氧化銅納米顆粒的SEM電鏡檢測圖；
[0023]【圖3】為實施例1所制備的梭狀氧化銅納米顆粒的充放電循環(huán)曲線圖；
[0024]【圖4】為實施例2所制備的梭狀氧化銅納米顆粒的TEM電鏡檢測圖；
[0025]【圖5】為實施例3所制備的梭狀氧化銅納米顆粒的TEM電鏡檢測圖；
[0026]【圖6】為實施例4所制備的梭狀氧化銅納米顆粒的TEM電鏡檢測圖；
[0027]【圖7】為實施例5所制備的梭狀氧化銅納米顆粒的TEM電鏡檢測圖；
[0028]【圖8】為實施例6所制備的梭狀氧化銅納米顆粒的TEM電鏡檢測圖；
[0029]【圖9】為實施例7所制備的梭狀氧化銅納米顆粒的TEM電鏡檢測圖；
[0030]【圖10】為實施例8所制備的梭狀氧化銅納米顆粒的TEM電鏡檢測圖；
[0031]【圖11】為對比實施例1所制備的梭狀氧化銅納米顆粒的TEM電鏡檢測圖；
[0032]【圖12】為實施例9所制備的梭狀氧化銅納米顆粒的TEM電鏡檢測圖。
【具體實施方式】
[0033]以下實施例旨在進一步說明本
【發(fā)明內(nèi)容】
，而非限制本發(fā)明權(quán)利要求的保護范圍。
[0034]實施例1
[0035]首先需要稱量lmmol C11CI2，加入50mL的燒杯中，接著加入40mL去離子水，進行攪拌，隨后先后加入lmmol Na2CO3和ImL的三乙胺溶液，攪拌10分鐘，然后超聲5分鐘，然后直接放入微波爐中，設(shè)定功率為300W，時間為20分鐘，得到用去離子水和無水乙醇清洗數(shù)次，之后在60°C的烘箱干燥6小時，即可得到氧化銅納米梭樣品。如圖1所示產(chǎn)物經(jīng)X射線粉末衍射鑒定為氧化銅；用掃描電鏡(SEM)對氧化銅進行形貌分析，從圖2中可以看出其形貌為納米梭。優(yōu)秀的電化學(xué)循環(huán)性能及比電容可以從圖3看出。
[0036]實施例2
[0037]首先需要稱量lmmol C11CI2，加入50mL的燒杯中，接著加入40mL去離子水，進行攪拌，隨后先后加入lmmol Na2CO3和ImL的三乙胺溶液，攪拌10分鐘，然后超聲5分鐘，然后直接放入微波爐中，設(shè)定功率為200W，時間為20分鐘，得到用去離子水和無水乙醇清洗數(shù)次，之后在60°C的烘箱干燥6小時，即可得到氧化銅納米梭樣品。用透射電子顯微鏡(TEM)對氧化銅進行形貌分析，從圖4中可以看出其形貌為納米梭。
[0038]實施例3
[0039]首先需要稱量lmmol C11CI2，加入50mL的燒杯中，接著加入40mL去離子水，進行攪拌，隨后先后加入lmmol Na2CO3和ImL的三乙胺溶液，攪拌10分鐘，然后超聲5分鐘，然后直接放入微波爐中，設(shè)定功率為400W，時間為20分鐘，得到用去離子水和無水乙醇清洗數(shù)次，之后在60°C的烘箱干燥6小時，即可得到氧化銅納米梭樣品。用透射電子顯微鏡(TEM)對氧化銅進行形貌分析，從圖5中可以看出其形貌為納米梭。
[0040]實施例4
[0041]首先需要稱量lmmol C11CI2，加入50mL的燒杯中，接著加入40mL去離子水，進行攪拌，隨后先后加入lmmol Na2CO3和ImL的三乙胺溶液，攪拌10分鐘，然后超聲5分鐘，然后直接放入微波爐中，設(shè)定功率為300W，時間為10分鐘，得到用去離子水和無水乙醇清洗數(shù)次，之后在60°C的烘箱干燥6小時，即可得到氧化銅納米梭樣品。用透射電子顯微鏡(TEM)對氧化銅進行形貌分析，從圖6中可以看出其形貌為納米梭。
[0042]實施例5
[0043]首先需要稱量lmmol C11CI2，加入50mL的燒杯中，接著加入40mL去離子水，進行攪拌，隨后先后加入lmmol Na2CO3和ImL的三乙胺溶液，攪拌10分鐘，然后超聲5分鐘，然后直接放入微波爐中，設(shè)定功率為300W，時間為30分鐘，得到用去離子水和無水乙醇清洗數(shù)次，之后在60°C的烘箱干燥6小時，即可得到氧化銅納米梭樣品。用透射電子顯微鏡(TEM)對氧化銅進行形貌分析，從圖7中可以看出其形貌為納米梭。
[0044]實施例6
[0045]首先需要稱量lmmol C11CI2，加入50mL的燒杯中，接著加入40mL去離子水，進行攪拌，隨后先后加入0.5mmol Na2CO3和ImL的三乙胺溶液，攪拌10分鐘，然后超聲5分鐘，然后直接放入微波爐中，設(shè)定功率為300W，時間為20分鐘，得到用去離子水和無水乙醇清洗數(shù)次，之后在60°C的烘箱干燥6小時，即可得到氧化銅納米梭樣品。用透射電子顯微鏡(TEM)對氧化銅進行形貌分析，從圖8中可以看出其形貌為納米梭。
[0046]實施例7
[0047]首先需要稱量lmmol C11CI2，加入50mL的燒杯中，接著加入40mL去離子水，進行攪拌，隨后先后加入2mmol Na2CO3和ImL的三乙胺溶液，攪拌10分鐘，然后超聲5分鐘，然后直接放入微波爐中，設(shè)定功率為300W，時間為20分鐘，得到用去離子水和無水乙醇清洗數(shù)次，之后在60°C的烘箱干燥6小時，即可得到氧化銅納米梭樣品。用透射電子顯微鏡(TEM)對氧化銅進行形貌分析，從圖9中可以看出其形貌為納米梭。
[0048]實施例8
[0049]首先需要稱量lmmol C11CI2，加入50mL的燒杯中，接著加入40mL去離子水，進行攪拌，隨后先后加入4mmol Na2CO3和ImL的三乙胺溶液，攪拌10分鐘，然后超聲5分鐘，然后直接放入微波爐中，設(shè)定功率為300W，時間為20分鐘，得到用去離子水和無水乙醇清洗數(shù)次，之后在60°C的烘箱干燥6小時，即可得到氧化銅納米梭樣品。用透射電子顯微鏡(TEM)對氧化銅進行形貌分析，從圖10中可以看出其形貌為納米小顆粒。
[0050]對比實施例1
[0051]首先需要稱量lmmol C11CI2，加入50mL的燒杯中，接著加入40mL去離子水，進行攪拌，隨后先后加入lmmol Na2CO3和OmL的三乙胺溶液，攪拌10分鐘，然后超聲5分鐘，然后直接放入微波爐中，設(shè)定功率為300W，時間為20分鐘，得到用去離子水和無水乙醇清洗數(shù)次，之后在60°C的烘箱干燥6小時，即可得到氧化銅納米梭樣品。用透射電子顯微鏡(TEM)對氧化銅進行形貌分析，從圖11中可以看出其形貌為納米片小顆粒。
[0052]實施例9
[0053]首先需要稱量lmmol C11CI2，加入50mL的燒杯中，接著加入40mL去離子水，進行攪拌，隨后先后加入lmmol Na2CO3和2mL的三乙胺溶液，攪拌10分鐘，然后超聲5分鐘，然后直接放入微波爐中，設(shè)定功率為300W，時間為20分鐘，得到用去離子水和無水乙醇清洗數(shù)次，之后在60°C的烘箱干燥6小時，即可得到氧化銅納米梭樣品。用透射電子顯微鏡(TEM)對氧化銅進行形貌分析，從圖12中可以看出其形貌為納米梭。
【主權(quán)項】
1.制備梭狀氧化銅納米顆粒的方法，其特征在于:在銅鹽水溶液中加入可溶性碳酸鹽及三乙胺，超聲分散，于功率為200?400W的微波環(huán)境中處理10?30min，即得。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備梭狀氧化銅納米顆粒的方法，其特征在于:所述的銅鹽水溶液中銅鹽的濃度為12.5?50mmol/L。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備梭狀氧化銅納米顆粒的方法，其特征在于:所述的銅鹽為氯化銅。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備梭狀氧化銅納米顆粒的方法，其特征在于:所述的可溶性碳酸鹽在銅鹽水溶液中的濃度為12.5?50mmo I/L。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備梭狀氧化銅納米顆粒的方法，其特征在于:所述的碳酸鹽為碳酸鈉。6.根據(jù)權(quán)利要求1?5任一項所述的制備梭狀氧化銅納米顆粒的方法，其特征在于:所述的三乙胺與銅鹽水溶液的體積比小于或等于2/40。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備梭狀氧化銅納米顆粒的方法，其特征在于:所述的三乙胺與銅鹽水溶液的體積比為I/40?2/40。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種制備高比容量梭狀氧化銅電極材料的方法，該方法是在銅鹽水溶液中加入可溶性碳酸鹽及三乙胺，超聲分散后，通過微波處理，即得具有特殊梭狀形貌的氧化銅納米顆粒，該方法高效、簡單，易于操作，滿足工業(yè)生產(chǎn)要求；制得的梭狀氧化銅納米顆粒具有純度高、顆粒粒徑均一、電化學(xué)性能優(yōu)良等特點，在超級電容器電極材料領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
【IPC分類】H01G11/46, C01G3/02, B82Y40/00
【公開號】CN105712391
【申請?zhí)枴緾N201610166114
【發(fā)明人】劉小鶴, 劉濤, 馬仁志, 邱冠周
【申請人】中南大學(xué)