[发明专利]一种纯相尖晶石Co3

说明书

本发明公开了一种纯相尖晶石Co₃O₄多级纳米片及其软模板制备方法和在超级电容器中的应用，属于纳米储能结构材料制备技术及电化学应用领域。本发明采用生活常见的十二烷基硫酸钠作为软模板，油浴加热得到形貌均一的纳米花前驱体，经适当的退火之后得到多级纳米片结构的Co₃O₄，与PTFE混合后负载在泡沫镍上可得到性能良好的超级电容器阳极，利用该阳极得到的超级电容器的比电容值为342.8C·g^‑1(电流密度为1A·g^‑1)及58.8％倍率性能(电流密度增大16倍)，降低了生产成本，具有良好的工业应用前景。此外，利用本发明纯相尖晶石Co₃O₄多级纳米片制作超级电容器电极材料，无需添加碳粉，不仅简化了制作成本，且排除了碳对电容的贡献，使得超级电容器性能结果更可靠。

技术领域

本发明属于纳米储能结构材料制备技术及电化学应用领域，具体涉及一种二维纳米片尖晶石过渡金属氧化物及其制备方法和在超级电容器中的应用，更具体地说，本发明涉及一种纯相尖晶石Co₃O₄多级纳米片及其软模板制备方法和在超级电容器中的应用。

背景技术

现有技术中，具有二维纳米片结构的尖晶石Co₃O₄的制备工艺复杂、合成周期长，而且刻蚀剂有一定的环境毒害性，不利于周围环境的绿色发展；制得的尖晶石Co₃O₄作为超级电容器材料倍率性能较低，需要与其他碳材料组合使用，才能实现高性能储能。但是，特定碳材料(石墨烯，碳纳米管)的制备需要较为苛刻的条件，故在制备这些材料过程中需要较多的有毒试剂，且能耗高，增加了生产成本。另外目前合成的Co₃O₄纳米花都需要反应釜这种高压环境，无形中增加了操作危险性；或者需要借助泡沫金属基底才能生长尺寸均一的纳米材料，且生长量较少，无法实现大规模生产应用，不利于后续实际产业化发展。

十二烷基硫酸钠(SDS)是一种生活中常见的表面活性剂，作为结构定向软模板，已被广泛应用于电池、超级电容器等众多领域。二维纳米材料的性质以及结构对超级电容器的储能性质起着关键的作用。由于超级电容器能量密度较低，选择合适的材料和方法提高其能量密度已成为一个关键问题。因此，开发出一种高倍率性能的超级电容器材料及其制备方法，对于提高超级电容器能量密度具有重要意义。

基于上述理由，提出本申请。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题或缺陷，本发明的目的在于提供一种纯相尖晶石Co₃O₄多级纳米片及其软模板制备方法和在超级电容器中的应用。

为了实现本发明的上述其中一个目的，本发明采用的技术方案如下：

一种纯相尖晶石Co₃O₄多级纳米片软模板制备方法，所述方法具体包括如下步骤：

(1)将可溶性钴盐、尿素和十二烷基硫酸钠(SDS)混合，加入去离子水，混匀，将所得混合物转移至油浴锅中，加热至120℃恒温回流搅拌反应4h，反应结束后，得到浅蓝色溶液，将所得浅蓝色溶液趁热过滤，洗涤，干燥，得到蓝色固体，即Co₃O₄多级纳米片前驱体；

(2)将步骤(1)所得蓝色固体转移至坩埚中，然后将装有蓝色固体的坩埚置于电阻炉炉腔中，加热升温至400℃恒温煅烧2h，反应结束后，冷却至室温，得到黑色固体，即所述的纯相尖晶石Co₃O₄多级纳米片。

进一步地，上述技术方案，步骤(1)中所述可溶性钴盐可以为氯化钴、硫酸钴、硝酸钴、六水氯化钴、七水硫酸钴、六水硝酸钴中的任意一种，较优选为六水氯化钴。