[发明专利]一种中空结构的SnO2

说明书

本发明公开了一种中空结构的SnO₂‑NiO纳米管的制备及在超级电容器中的应用。属于纳米材料技术领域；步骤：1、利用PVP表面含氧官能团和过渡金属间的静电吸附的方法，制备Sn⁴⁺/Ni²⁺/PVP混合溶胶；2、将Sn⁴⁺/Ni²⁺/PVP混合溶胶经过静电纺丝的技术，得到固体碳纤维薄膜；3、将固体碳纤维薄膜先进行预氧化再进行氧化处理，得中空结构的SnO₂‑NiO纳米管。本发明避开了常规的制备中空纳米结构，如软硬模板法，离子交换法和水热反应等合成方法带来的流程繁琐及安全环保等问题。同时，本发明所选用的PVP、Sn²⁺、Ni²⁺组成可调，电化学活性及稳定性高，便于批量生产等优点，其作为赝电容材料在超级电容器测试中表现出了更高的比容量和稳定性，具备实际生产应用中瞬间大电流放电的功率特性和循环稳定性。

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，涉及一种中空结构的SnO₂-NiO纳米管的制备方法；特别的是，涉及一种具有高电化学比容量和稳定性的中空结构的 SnO₂-NiO异质结纳米管超级电容器电极材料的制备方法、其在超级电容器中的应用。

背景技术

能源与环境是当今世界性难题，开发新型、绿色、可持续能源已经成为当前最为迫切需要重视的研究热点。作为一类重要的电化学能量储存设备，超级电容器因其具有大电流的快速充放电能力、能量利用效率高、循环寿命长、较低的维护费用等优点，具有高于电池十倍以上的功率密度以及传统电容器几十乃至上百倍的电荷存储能力，能够同时满足高功率密度和高能量密度的需求。近年来中国将超级电容器产业的发展提升至国家战略层面，列入国家重点基础研究发展规划，电极材料是超级电容器的重要组成成分，其容量是决定其性能的最关键因素之一，目前最好的超级电容器容量也仅仅是电池的十分之一左右，这极大的限制了其使用范围，因此，开发具有高功率和能量密度，低成本、长使用寿命且环境友好的电极材料是使超级电容器在能源储存和转换领域广泛应用的关键所在。

金属氧化物可利用自身氧化还原反应产生的赝电容而用作超级电容器的电极材料，它具有优于碳材料的电容性能，多种氧化价态和宽的工作电位窗，显示出大的电荷存储能力，引发了不少研究者的兴趣。贵金属氧化钌是广泛研究的金属氧化物电极材料之一，虽然表现出良好的电化学性能和较高的循环稳定性，但由于价格昂贵、毒性及污染环境而使其应用受到限制。在各类过渡金属材料中，二氧化锡(SnO₂)材料由于其丰富的储量、较低的成本、良好的电容量以及对环境友好等特点，成为超级电容器电极材料的主要候选之一。但其半导体特征使其在用作电极时产生导电性和循环稳定性差的问题。利用纳米复合材料各个组装基元之间所形成的协同效应，使复合材料产生原有基元材料所不具有的新颖性能，弥补单个组分的缺点，是当下研究的焦点之一。氧化镍本身具有较高的理论电容值(2584F/g)以及良好的热稳定性，将SnO₂与NiO复合成具有异质界面效应的结构是提升其比容量和活性的有效策略之一。

专利CN 112730528 A提供了一种SnO₂掺杂的NiO纳米颗粒材料及其制备方法。该复合材料是将含锡和镍的有机物分散于以燃料和助燃剂按照一定体积比混合的溶剂中，作为前驱体溶液，随后将混合均匀的前驱体溶液进行火焰喷雾热解，形成粒径为5nm～50nm的SnO₂掺杂的NiO纳米颗粒。该材料的制备方法涉及火焰合成方法，具有一步合成、快速、结构可控的优点，能够合成高分散度及热稳定性的材料。但其缺点是在前驱体制备过程中，利用液体燃料和乙酸作为混合溶剂，同时将前驱体溶液雾化，二甲苯燃烧形成高温火焰引燃喷雾，对处理以及使用过程环境污染和操作安全均带来一定影响。