[发明专利]一种超级电容器用黑色Ti-P-O纳米管阵列电极材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种超级电容器用黑色Ti‑P‑O纳米管阵列电极材料的制备方法，具体包括以下步骤：将打磨好的钛片放入含氟化铵的乙二醇水溶液中进行阳极氧化，使其表面原位生长具有高比表面积的TiO₂纳米管阵列。将制备的钛基纳米管阵列和次亚磷酸钠放入管式炉中，在真空低氧条件下共同热处理得到黑色Ti‑P‑O纳米管阵列。本发明通过一步气相磷化处理的方式，在钛氧化物纳米管中进行P⁵⁺掺杂的同时在其表面自掺杂Ti³⁺/氧空位。体相P⁵⁺掺杂协同表面Ti³⁺/氧空位自掺杂可大大提升导电性并促进电荷传输效率，表现出优秀的面电容特性。此外，该黑色Ti‑P‑O纳米管阵列电极材料在制备过程中具有操作简单、成本低廉等优点，在电化学储能领域表现出良好的应用前景。

技术领域

本发明属于电化学及纳米材料技术领域，具体涉及一种超级电容器用黑色Ti-P-O纳米管阵列电极材料的制备方法。

背景技术

超级电容器是一种介于电池和传统电容器的新型绿色储能器件，具有高充放电效率、高功率输出以及长使用寿命等特点，在电动交通工具、移动通讯、电子元件和直流转换电源等方面表现出良好的应用前景。其中，研制开发稳定高性能电极材料对提升超级电容器高效储能具有重要科学价值和现实意义。

在诸多超电用电极材料体系中，纳米TiO₂由于廉价无毒、化学性质稳定、比表面积较高等优点，可作为一种潜在的半导体储能材料。然而，其导电性较差和比表面积较小的问题限制了其在储能领域中的应用。TiO₂纳米管阵列作为电极，具有电荷传输效率高、电势窗口较宽、循环稳定性较好等优点。近年来研究表明，对TiO₂纳米管阵列进行一系列改性可以提高其电化学性能。如，对TiO₂纳米管阵列进行掺杂、对形貌进一步调控以增大比表面积、构建缺陷、作为载体与其他活性物质构建复合体系等，都被证明是增强TiO₂纳米管阵列电极电化学性能的有效手段。本发明的目的在于克服本征TiO₂存在导电性差和比电容低等问题，在高温低氧条件下通过对氧化钛纳米管阵列磷化，同时实现体相P⁵⁺掺杂协同表面Ti³⁺/氧空位自掺杂，具体提供一种超级电容器用黑色Ti-P-O纳米管阵列电极材料的制备方法。

发明内容

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种超级电容器用黑色Ti-P-O纳米管阵列电极材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将打磨好的钛片放入含氟化铵的乙二醇水溶液中，进行阳极氧化，氧化结束后进行洗涤、干燥，形成原位生长在钛片基底上的氧化钛纳米管阵列；

(2)将(1)制得氧化钛纳米管阵列与次亚磷酸钠共同放入管式炉中抽真空热处理，使用气相磷化法使表面得到P⁵⁺掺杂的同时形成自掺杂Ti³⁺/氧空位，得到黑色Ti-P-O纳米管阵列电极材料。

所述的阳极氧化具体方法为：将打磨后分别在乙醇和去离子水中超声清洗过的钛片置于0.4wt.％NH₄F和2vol.％H₂O的乙二醇混合溶液中，阳极氧化脉冲电压为35-45V，阳极氧化时间为1～2h。

所述的次亚磷酸钠质量为2-4g。

所述的气相磷化法为：将次亚磷酸钠与氧化钛纳米管阵列电极放入管式炉热处理，其双温区中，工作电极温区温度为350-450℃，次亚磷酸钠温区温度为550℃，升温速率为10℃每分钟，保温时间2-6h，随后随炉冷却至室温。

所制备的黑色Ti-P-O纳米管阵列电极材料为引入P掺杂的同时构建了自掺杂Ti³⁺/氧空位的黑色Ti-P-O纳米管阵列电极材料。

所述的黑色Ti-P-O纳米管阵列电极材料应用于超级电容器工作电极。