[发明专利]基于结构和缺陷工程调制的钼基氧化物超级电容器电极材料的制备

说明书

本发明名称为基于结构和缺陷工程调制的钼基氧化物超级电容器电极材料的制备，涉及在储能领域对具有氧缺陷的空心棒状钼酸镍和钼酸钴复合物电极材料的制备。本发明的目的是要改善现有金属氧化物固有的导电性差，实际比电容小，循环稳定性低的缺点。本发明以三氧化钼为原料，采用软模板法，部分还原法，制备具有氧缺陷的空心棒状钼酸镍和钼酸钴复合物，并且该电极材料拥有高比表面积、优异电化学性能的优点。

技术领域

本发明属于电化学超级电容器技术领域，具体涉及一种基于结构和缺陷工程调制的钼基氧化物超级电容器电极材料的制备。

背景技术

随着对环境污染的日益关注和对可再生能源的迫切需求，超级电容器(SCs)作为一种引人注目的能源储存器件出现，其具有优异的比电容、卓越的倍率性能、高功率密度和长期的循环寿命。基于电荷存储机制，电容器一般分为双电层型电容器和赝电容型电容器。最近，由于具有丰富的氧化还原反应可以提供更高的比电容，越来越多的研究工作集中于探索高性能赝电容电极材料。

在各种赝电容材料中，双金属氧化物因具有丰富的氧化还原反应、理想的电导率和多种氧化态而被广泛研究。其中，钼酸镍(NiMoO₄)随着钼(Mo)元素的增加激发了更快的电子转移，令人满意的导电性和突出的电化学能量存储能力。到目前为止，大部分的研究焦点都集中在大规模的钼酸镍的探索上，然而，基于钼酸镍的电极材料由于其较低的电导率和不稳定的结构而提供了较差的电化学性能。

发明内容

本发明目的是为了解决目前电极材料由于其较低的电导率和不稳定的结构而导致了较差的电化学性能这一问题，而提供一种设计结构和缺陷工程调制的钼基氧化物超级电容器电极材料的思路。

为了解决钼酸镍的缺点，引入特定晶胞参数的钼酸钴(CoMoO₄)可以提高材料的倍率性能。另外，独特的中空结构提供了高表面积和短的电荷传输通道，加速了氧化还原反应。此外，中空结构在充放电过程中可以缓解材料体积膨胀/收缩带来的压力，提供优异的循环稳定性。更重要的，在原子水平上电子的转移可以诱导局部电场，提供库仑力，通过不平衡电荷分布刺激离子扩散，进而提高材料的导电性。因此本发明利用软模板法，从分子和原子角度出发设计了一种具有空心结构和氧缺陷的钼酸镍/钼酸钴的复合物。通过相应的物理和电化学表征手段，证实了此电极材料具有高比电容、优异的倍率性能、长期的循环寿命以及高能量密度等优异的性能。

附图说明

图1为本发明实施例1所制备的带状三氧化钼(MoO₃)在扫描电子显微镜下的SEM图像，比例尺，1 μm；

图2为本发明实施例1所制备的空心结构和氧缺陷的钼酸镍/钼酸钴的复合物(D-H-NiMoO₄@CoMoO₄)在扫描电子显微镜下的SEM图像，比例尺，200 nm；

图3为本发明实施例1所制备的D-H-NiMoO₄@CoMoO₄在扫描电子显微镜下的电子衍射图像；

图4为本发明实施例1所制备的D-H-NiMoO₄@CoMoO₄在透射电子显微镜下的TEM图像，比例尺，500 nm；

图5为本发明实施例1所制备的D-H-NiMoO₄@CoMoO₄在透射电子显微镜下的标记的氧缺陷图像，比例尺，20 nm；

图6为本发明实施例1所制备的不同电极材料的XRD图像；

图7为本发明实施例1所制备的D-H-NiMoO₄@CoMoO₄的Mo 3d的高分辨XPS谱图；

图8为本发明实施例1所制备的D-H-NiMoO₄@CoMoO₄的O 1s的高分辨XPS谱图；

图9为本发明实施例1所制备的D-H-NiMoO₄@CoMoO₄的Ni 2p的高分辨XPS谱图；