超級(jí)電容器用空心球狀二氧化錳制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種可適用于超級(jí)電容器的空心球狀二氧化錳制備方法，更具體地說是涉及將一種球狀二氧化硅為模板劑，在球形二氧化硅表面包覆一層二氧化錳，從而組成以二氧化硅為核、二氧化錳為殼的球狀復(fù)合納米粒子（Si02@Mn02)，除去二化硅后得到空心球狀的二氧化錳納米粒子。
【背景技術(shù)】
[0002]超級(jí)電容器是一種介于電池和靜電電容器之間的新型儲(chǔ)能元件，具有運(yùn)行溫度范圍寬、循環(huán)壽命長等特點(diǎn)，能夠滿足電動(dòng)汽車高功率輸出的需要。制備高能量密度水相不對(duì)稱電容器不僅可以提高電容器的能量密度，同時(shí)有利于環(huán)境保護(hù)，是近些年來研究的熱點(diǎn)。
[0003]對(duì)超級(jí)電容器的研究主要集中在電極材料上，其中二氧化錳作為一種常見的錳氧化物因其環(huán)境友好、價(jià)格低廉且性能優(yōu)良引起了人們極大的關(guān)注，而二氧化錳的摻入也能改變電壓范圍，提高電容器的容量，因此被認(rèn)為是最有發(fā)展?jié)摿Φ碾娀瘜W(xué)電容器電極材料之一。二氧化錳被廣泛應(yīng)用于化學(xué)電源、分離及催化等領(lǐng)域。研究證明其納米粒子的形貌、晶型、尺寸、和維數(shù)等因素不同程度的影響著納米材料的電學(xué)、光學(xué)和磁學(xué)等性能。
[0004]文獻(xiàn)以及專利中報(bào)道的都是各種形貌如球狀、表面粗糙球狀等二氧化錳，但具有空心球狀二氧化錳還沒有報(bào)道過，這種空心球狀形貌由于其具有較大的比表面積，同時(shí)內(nèi)部具有空心結(jié)構(gòu)而有利于電子的傳輸，因而具有更好的電化學(xué)活性，可適用于超級(jí)電容器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于：提供一種可適用于超級(jí)電容器的空心球狀二氧化錳制備方法，即先用球形二氧化硅納米粒子為模板劑，在球形二氧化硅表面包覆一層二氧化錳，從而組成以二氧化硅為核、二氧化錳為殼的球狀復(fù)合納米粒子（Si02@Mn02)，高溫焙燒后進(jìn)一步用氫氧化鈉溶液將二氧化硅刻蝕完全，最終得到空心球狀的二氧化錳，通過多次包覆過程，就能得到不同殼厚度的Si02@Mn02復(fù)合納米粒子，除去二氧化硅后得到不同厚度的空心球狀二氧化錳納米粒子。
[0006]本發(fā)明操作簡單，所得空心球狀二氧化錳具有較高的比表面積和離子傳輸性能，適用于超級(jí)電容器材料。
[0007]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：
先用球形二氧化硅納米粒子為模板劑，在球形二氧化硅表面包覆一層二氧化錳，從而組成以二氧化硅為核、二氧化錳為殼的球狀復(fù)合納米粒子（Si02@Mn02)，高溫焙燒后進(jìn)一步用氫氧化鈉溶液將二氧化硅刻蝕完全，最終得到空心球狀的二氧化錳，通過多次包覆過程，就能得到不同殼厚度的Si02@Mn02復(fù)合納米粒子，除去二氧化硅后得到不同厚度的空心球狀二氧化錳納米粒子。
[0008]具體技術(shù)方案是： 1.制備二氧化硅納米粒子；
2.制備Si02@Mn02復(fù)合納米粒子；
3.制備空心二氧化錳；
4.利用透射電鏡進(jìn)行表征，得到不同殼厚度的空心二氧化錳的透射電鏡圖譜；
5.分析空心球狀二氧化錳的XRD圖譜；
6.厚殼空心球狀二氧化錳樣品重復(fù)包覆三次；
7.獲得在-O.15 — O. 45V之間以不同掃描速率（5、10、20mv/s)的循環(huán)伏安圖譜。
[0009]本發(fā)明的有益效果是：
本發(fā)明的一種空心球狀二氧化錳的制備方法。由于這種空心球狀形貌由于其內(nèi)部具有空心結(jié)構(gòu)而有利于電子的傳輸，因而具有更好的電化學(xué)活性。操作方法簡單，成本低廉、可重復(fù)。
【附圖說明】
[0010]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0011]圖I通過多次溶膠-凝膠過程制備出不同殼厚度的空心二氧化錳的透射電鏡圖譜（a) I 次（b)3 次（C) 5 次。
[0012]圖2為空心球狀二氧化錳的X-射線衍射圖譜。
[0013]圖3為重復(fù)包覆3次的厚殼空心球狀二氧化錳在-O. 15—0. 45V之間以不同掃描速率（5、10、20mv/s)的循環(huán)伏安圖譜。
【具體實(shí)施方式】
[0014]以下通過具體實(shí)施例并結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但本發(fā)明并不限于以下實(shí)施例。
[0015]所述方法如無特別說明，均為常規(guī)方法。所述材料如無特別說明，均能從公開商業(yè)途徑購買得到。
[0016]實(shí)施例I
1，二氧化硅納米粒子的制備：將8. 6毫升正硅酸四乙酯溶解在43毫升去離子水、230毫升乙醇以及濃度為26%的濃氨水8毫升中，室溫下攪拌6小時(shí)后，離心分離，用乙醇洗滌3次，然后重新超聲分散到乙醇中。
[0017]2，Si02iMn02復(fù)合納米粒子的制備：將二氧化硅納米粒I. O克分散到由羥基丙基纖維素O. I克、乙醇20毫升以及O. I克去離子水組成的混合液中。攪拌30分鐘后，再將由I毫升高錳酸鉀和5毫升乙醇的混合液注射其中，然后升溫到85度并繼續(xù)回流攪拌2小時(shí)。沉淀用離心分離，即得由二氧化硅為核，二氧化錳為殼的復(fù)合納米粒子（Si02@Mn02)，為了增加二氧化錳殼的厚度，上述包覆過程可以重復(fù)數(shù)次（1，3，5次等)。
[0018]3，空心二氧化錳的制備：將Si02@Mn02納米粒子在空氣中550度下焙燒2小時(shí)，隨后分散到2. 5M NaOH溶液中40度下攪拌30分鐘，就能將二氧化硅刻蝕完全，從而得到空心的二氧化錳納米球。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.本發(fā)明涉及一種可適用于超級(jí)電容器材料的空心球狀二氧化錳的制備方法。
2.其特征是:在球形二氧化硅表面包覆一層二氧化錳，從而組成以二氧化硅為核、二氧化錳為殼的球狀復(fù)合納米粒子(Si02@Mn02)，除去二化硅后得到空心球狀的二氧化錳納米粒子。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可適用于超級(jí)電容器材料的空心球狀二氧化錳的制備方法。
4.其特征是:采用球形二氧化硅納米粒子為模板劑。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可適用于超級(jí)電容器材料的空心球狀二氧化錳的制備方法。
6.其特征是:多次包覆后，除去模板后，得到不同厚度的空心球狀二氧化錳納米粒子。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種可適用于超級(jí)電容器材料的空心球狀二氧化錳的制備方法。即先用球形二氧化硅納米粒子為模板劑，在球形二氧化硅表面包覆一層二氧化錳，從而組成以二氧化硅為核、二氧化錳為殼的球狀復(fù)合納米粒子（SiO2MnO2），高溫焙燒后進(jìn)一步用氫氧化鈉溶液將二氧化硅刻蝕完全，最終得到空心球狀的二氧化錳，通過多次包覆過程，就能得到不同殼厚度的SiO2MnO2復(fù)合納米粒子，除去二氧化硅后得到不同厚度的空心球狀二氧化錳納米粒子。本發(fā)明操作簡單，所得空心球狀二氧化錳具有較高的比表面積和離子傳輸性能，適用于超級(jí)電容器材料。
【IPC分類】B82Y30-00, C01G45-02, B82Y40-00
【公開號(hào)】CN104591290
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201310528249
【發(fā)明人】谷濤, 沈紹典
【申請(qǐng)人】無錫華臻新能源科技有限公司
【公開日】2015年5月6日
【申請(qǐng)日】2013年10月31日