[发明专利]ZnO-CoO@NC介孔微米球、制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种ZnO‑CoO@氮掺杂碳(NC)介孔微米球材料、制备方法及其应用。以Zn(NO₃)₂∙6H₂O、Co(NO₃)₂∙6H₂O、(NH₄)₂CO₃为原料，聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为结构导向剂和碳源，以水‑无水乙醇混合溶液作为溶剂，通过水热反应制备前驱体，然后在N₂下退火得到表面富含氧空位缺陷的ZnO‑CoO@NC介孔微米球材料。该ZnO‑CoO@NC介孔微米球材料外形均匀、形貌一致，表面富含氧空位缺陷，有利于电化学性的提高；且其制备过程只需水热和煅烧两步，不需要复杂的后处理，制备工艺简单且绿色环保。

技术领域

本发明涉及一种表面富含氧空位缺陷的ZnO-CoO@NC介孔微米球材料、制备方法，属于新材料和能源化工领域。

背景技术

电极材料是决定超级电容器储能性能最重要的因素之一。作为赝电容材料，尽管CoO具有高的理论比容量，但是导电性差的缺点限制了它在超级电容器方面的单独应用。ZnO具有优良的电子导电性，可以在电极材料中起着机械支撑作用提高其它组分材料的导电性能，但是其容量低。因此，常采用复合技术将CoO或者ZnO与其它材料结合，获得复合电极材料来改善其电化学性能。文献（Pang, Huan, et al. Facile synthesis of porousZnO–NiO composite micro polyhedrons and their application for high powersupercapacitor electrode materials. Dalton Transactions, 2012, 41(43):13284-13291.）采用水热法和高温煅烧的方法制备了ZnO–NiO材料，可以用作高功率超级电容器电极材料，但其循环性能还需要进一步提高。文献（Yang M, Lv F, Wang Z, et al.Binder-free hydrogenated NiO–CoO hybrid electrodes for high performancesupercapacitors[J]. RSC Advances, 2015, 5(40): 31725-31731.）通过电沉积技术结合后续N₂-H₂的混合气体中的煅烧制备一体化电极Ni@NiO–CoO。该工艺耗能高，危险系数大，同时需要利用泡沫镍电极作为支撑材料，不太适合大规模生产。文献（Zeng W, Wang L,Shi H, et al. Metal–organic-framework-derived ZnO@C@NiCo₂O₄ core–shellstructures as an advanced electrode for high-performance supercapacitors[J].Journal of Materials Chemistry A, 2016, 4(21): 8233-8241.）通过两步水热外加电沉积的方法制备了ZnO@C@NiCo₂O₄核壳超级电容器电极材料。此方法过程复杂，且得到的复合材料循环稳定性较差（充放电循环4000圈，容量保持率只有76%）。

发明内容

本发明的目的是提供一种表面富含氧空位缺陷的ZnO-CoO@NC介孔微米球材料、制备方法及其在超级电容器中的应用性能。

实现本发明目的的技术解决方案是：一种ZnO-CoO@NC介孔微米球材料，所述的介孔微米球材料表面富含氧空位缺陷，由NC包覆相互复合（相互掺杂）的ZnO和CoO材料组成，其中，ZnO和CoO的摩尔比为1: 2。

上述介孔微米球材料是由纳米砖组成的介孔微球材料。

上述介孔微米球材料的制备方法，包括如下步骤：