[发明专利]一种多孔核-壳异质结构的三维纳米结构材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种多孔核‑壳异质结构的三维纳米结构材料的制备方法，涉及纳米复合材料制备领域，用于解决现有技术中在高电流下异质结构材料的性能严重衰退，从而解决使由这些材料制成的电极反应速率低和长期循环稳定性还不足的问题。本发明包括以下步骤：(1)PSS作为软模板制备空心结构Co‑前驱体纳米线；(2)水热法合成Co‑前@NiMoO₄@CoMoO₄异质结构材料；(3)利用煅烧‑活化过程制备多孔的Co₃O₄@NiMoO₄@CoMoO₄；(4)稀盐酸溶液中和，得到纯净Co₃O₄@NiMoO₄@CoMoO₄材料。本发明中多孔Co₃O₄@NiMoO₄@CoMoO₄作为先进储能设备的高效阴极复合材料，实现所制备的电极具有比表面积大，从而提高了电化学性增强反应速率，结构稳定，有利于体积变化的缓冲提高循环稳定性，同时具有增强电极导电性的协同效应。

技术领域

本发明属于纳米复合材料制备领域，涉及一种多孔核-壳异质结构的三维纳米结构材料的制备方法。

背景技术

随着消费水平的提高，电动汽车以及功能日益复杂的移动通讯设备成为现代人的消费热点，而这些消费热点要带动储能产业发生迅速的更新迭代才能满足人们消费需求的不断增加，超级电容器与其它储能系统如电池和燃料电池相比在高功率密度、快速充放电、长循环寿命、维护成本低和安全等方面具有优势，从而使得超级电容器成为储能器件研究的热点。

根据形成电容原理的不同，将超级电容器分为双电层电容器和法拉第准电容器(又称赝电容器)，与传统双电层电容器相比，赝电容器能提供更高的比电容和能量密度。因此，人们进行了广泛的研究来优化电化学材料，以实现储能装置功率密度高，充电速率快，稳定的循环性以及对坏境无污染的目的。同时为使活性物质的利用率高，保证快速的电子转移，需要一种简便、高效的制备技术来实现具有合适的孔隙率、更多的离子活性位点、更短的离子扩散距离和更强的电化学性能的精细结构材料。为此，对所研究电极材料的形态和结构进行合理的设计是必要的。

在广泛开发的阳极材料中，二元过渡金属氧化物或硫化物因其比过渡金属氧化物或氢氧化物具有更高的导电性而受到越来越多的关注。二元过渡金属硫化物或氧化物，如NiMoO₄、NiCo₂O₄、CoMoO₄、MnCoO₄和NiCo₂S₄等被报道具有低成本、增强的导电性。现有技术中如中国专利(CN105470000A)阐述了一种超级电容器用整体复合电极的制备方法。利用水热法，通过在碳布上制备Co₃O₄@NiMoO₄核壳式复合结构电极。比表面积高达251m²/g，具有优异的电化学性能，改善了电极-电解液的接触面积。虽然该专利通过在碳布集流体上直接生长电极物质，增强了导电性，降低了阻抗。但是，正是其独特的构造，限制了它应用的局限性，以及增加了实现大规模生产的难度，而且基于碳布生长，对于反应条件要求严格，容易造成生长不均匀。Jaafar Abdul-Aziz Mehrez等人在杂志Inorganic chemistry frontiers上制备了基于泡沫镍为基底的MnCo₂O₄@NiMoO的核壳异质结构材料，利用这种独特的核-壳异质结构，因为增强了电活性位点和电荷转移效率实现更好的超级电容器性能。

然而，由于异质结构材料在高电流密度下活性部位暴露差、导电性低，导致传质和氧化还原活性降低，在高电流下异质结构材料的性能严重衰退，从而使由这些材料制成的电极的速率能力和长期循环稳定性还不足。为了满足电化学电容器大规模商业化生产的需要，超越上述限制，我们迫切的需要选择一种合适的方法、结构和以及特定材料来制造异质结构的电极材料。

发明内容