本發(fā)明涉及超級電容器技術(shù)領(lǐng)域，特指一種以Mn(NO₃)₂·4H₂O、Co(NO₃)₂·6H₂O，甘油和異丙醇為原料來制備CoMn₂O₄空心球的方法，是一種制備工藝簡單，成本低廉的方法。

背景技術(shù)：

伴隨著全球經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人口的不斷增加，環(huán)境日益惡化，能源消耗也快速增長，全球的能源將不可避免的枯竭。因此，探索和開發(fā)新型、高效的新能源及新能源材料已成為人類社會可持續(xù)發(fā)展的重要戰(zhàn)略選擇。超級電容器以其獨(dú)特顯著的優(yōu)點(diǎn)更是成為了儲能領(lǐng)域內(nèi)最熱門的研究對象。

過渡金屬氧化物基于自身優(yōu)異的物理性，化學(xué)性能以及在生產(chǎn)，生活中不可估量的潛在應(yīng)用價值，成為無機(jī)功能材料領(lǐng)域的重要分支之一，在能源轉(zhuǎn)換等多個領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。CoMn₂O₄作為多元過度金屬氧化物的一種，由于其穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，較高的理論容量，環(huán)境友好等特點(diǎn)受到了大量關(guān)注。至今為止，不同形貌的CoMn₂O₄已經(jīng)被制備出來，例如納米片，微米球，納米線等等。而在這些結(jié)構(gòu)中，空心球結(jié)構(gòu)由于其中空的內(nèi)部，低密度，較大的比表面積以及較好的滲透性可以明顯的提高CoMn₂O₄的電化學(xué)性能。

本發(fā)明采用水熱法和煅燒法成功制備了CoMn₂O₄空心球結(jié)構(gòu)，所制備的CoMn₂O₄空心球材料在環(huán)境、能源等領(lǐng)域有良好應(yīng)用前景。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的是提供一種水熱法和煅燒法制備CoMn₂O₄空心球材料的方法。

本發(fā)明通過以下步驟實(shí)現(xiàn)：

(1)將Mn(NO₃)₂·4H₂O和Co(NO₃)₂·6H₂O混合于異丙醇中，并加入一定量的甘油，在180℃條件加熱一定的時間。之后冷卻至室溫，用乙醇洗滌6遍后干燥，得到Co-Mn前驅(qū)體。

所述的Mn(NO₃)₂·4H₂O和Co(NO₃)₂·6H₂O的摩爾比為2：1，異丙醇和甘油的體積比5：1，每升異丙醇中加入6.25mmol的Mn(NO₃)₂·4H₂O，且加熱時間為6h，

(2)將Co-Mn前驅(qū)體置于馬弗爐中400℃煅燒一定的時間，獲得CoMn₂O₄空心球材料。

所述的煅燒時間為2h，升為速率為1℃/min。

(3)本發(fā)明運(yùn)用有機(jī)物作為模板的方法合成金屬甘油固體球前驅(qū)體，再通過高溫煅燒的方法去除模板制備金屬氧化物空心球結(jié)構(gòu)，這種方法合成過程更加簡單且模板極易去除。運(yùn)用這種有機(jī)物模板法成功的制備了CoMn₂O₄空心球結(jié)構(gòu)材料，這種空心結(jié)構(gòu)大大增加了比表面積，更有利于電解液體離子的沉浸以及轉(zhuǎn)移。

(4)本發(fā)明采用水熱法和煅燒法制備CoMn₂O₄空心球材料，晶化完全，形貌規(guī)則，分散性良好。

(5)利用X-射線衍射(XRD)、場發(fā)射掃描電子顯微鏡(FESEM)、電子透射顯微鏡(TEM)等儀器對產(chǎn)物進(jìn)行形貌結(jié)構(gòu)分析，并通過電化學(xué)工作站對其進(jìn)行了測試，以評估其電化學(xué)性能。

本發(fā)明采用水熱法和煅燒法制備CoMn₂O₄空心球結(jié)構(gòu)材料，所制備CoMn₂O₄空心球材料在環(huán)境領(lǐng)域有良好的應(yīng)用，這種空心材料的構(gòu)建可以加速電解質(zhì)在球表面的滲透性，進(jìn)而顯示出較高的比容量。

附圖說明

圖1為所制備的CoMn₂O₄空心球材料的XRD衍射譜圖。

圖2為所制備CoMn₂O₄空心球材料的場發(fā)射掃描電鏡圖。

圖3為所制備的CoMn₂O₄空心球材料的透射電鏡圖。

圖4為所制備的CoMn₂O₄空心球材料的電化學(xué)測試的循環(huán)伏安曲線圖和恒流充放電曲線圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1 CoMn₂O₄空心球結(jié)構(gòu)的制備

0.125毫摩爾的Co(NO₃)₂·6H₂O和0.25毫摩爾Mn(NO₃)₂·4H₂O的溶解在40毫升的異丙醇中，在8毫升的甘油加入到上述溶液中攪拌30分鐘；隨后，將得到的混合液轉(zhuǎn)移到100毫升不銹鋼高壓釜中，在180℃條件下反應(yīng)6小時。將得到的沉淀物(Co-Mn前驅(qū)體)通過離心收集，用無水乙醇洗滌6次，在60℃條件下干燥12小時。最后將獲得的Co-Mn前驅(qū)體置于馬弗爐中400℃煅燒2小時，升溫速率為1℃/min，最終獲得CoMn₂O₄空心球材料。

實(shí)施例2 CoMn₂O₄空心球材料的表征分析

如圖1所示，從圖中可以看出，CoMn₂O₄顯示出的一系列衍射峰屬于尖晶石晶相的特征峰(JCPDS card no.77-0471)。

圖2和圖3可以觀察到，CoMn₂O₄展現(xiàn)出400-600nm之間的球狀結(jié)構(gòu)，并且球體為空心的結(jié)構(gòu)。

圖4為所制備CoMn₂O₄空心球結(jié)構(gòu)材料的電化學(xué)性質(zhì)測試圖。

實(shí)施例3 CoMn₂O₄空心球結(jié)構(gòu)材料的電化學(xué)實(shí)驗

(1)工作電極是通過將CoMn₂O₄空心球粉末與炭黑，聚偏氟乙烯以8：1：1的質(zhì)量比例混合，然后涂在邊長為1厘米的泡沫鎳上烘干。

(2)將制備好的工作電極與銀/氯化銀電極，鉑片電極在6摩爾/升的KOH電解質(zhì)中進(jìn)行電化學(xué)測試。

(3)由圖4可見所制備的CoMn₂O₄空心球結(jié)構(gòu)材料在1A g^-1的電流密度下的比容量達(dá)到了316.3F g^-1。