[发明专利]三维NiO-MnOOH核壳杂化分级结构材料的制备

说明书

技术领域

本发明属于氧化物/氢氧化物纳米材料的制备领域，特别涉及一种三维NiO-MnOOH核壳杂化分级结构材料的制备方法。

背景技术

日益紧迫的能源紧缺极大地促进了人们对可再生能源（风能、太阳能、潮汐能等）的开发与利用，然而这些可再生能源均具有一个显而易见的缺点，即只能间歇性地供应能量。因此研发能量转化与贮存的装置将间歇性的可再生能源转换为可连续性供应的能源，成为解决能源问题的有效途径之一。电化学电容器作为一种新型储能器件，具有比传统电容器大得多的能量密度和比电池高得多的功率密度，并且集能量密度高、功率密度高、循环寿命长、充电时间短和贮存周期长等优点于一身，在汽车、电力、铁路、通讯、国防、消费型电子产品等方面有着巨大的应用价值和市场前景，因此引起了国内外科学家的广泛兴趣。

众所周知，应用于超级电容器的电极材料可分为三类：过渡金属化合物、炭质材料和导电聚合物（Liu et al,Advanced Materials,2011，18,2076）。在这些材料中，过渡金属（Ni、Co、Mn、Fe、Ru）氧化物/氢氧化物纳米材料由于既存在氧化还原反应同时又可以提供大的比表面积，因此可以获得非常大的比电容，故而被认为是最具吸引力的选择。但是单一过渡金属氧化物/氢氧化物纳米材料一般只能在较低的充放电强度下进行，并且由于单一活性物质的密集堆积在总活性物质中仅有部分实现了大比电容和高循环稳定性的电化学性能，从而使得能量和功率密度均较低。为了实现这些物质大比电容性质的开发，将不同活性物质杂化获得异质结构进而实现优秀的电化学性能成为近年来研究人员关注的焦点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种三维NiO-MnOOH核壳杂化分级结构材料的制备方法，该方法操作简单，不需要复杂设备，成本低廉，所制得的电化学性能优异的三维NiO-MnOOH核壳杂化分级结构材料形貌规整、分布均匀。

本发明的一种三维NiO-MnOOH核壳杂化分级结构材料的制备方法，包括：

（1）将镍网分别用盐酸水溶液、丙酮、水各洗涤5-30min，目的在于获得去除表面杂质的镍网，得到洗净的镍网；

（2）配制含有Ni²⁺的前驱体水溶液，目的在于获得反应溶液；在上述含有Ni²⁺的前驱体水溶液中，加入氨水，搅拌5-20分钟，获得前躯体生长的反应混合溶液；

（3）将步骤（1）得到的洗净的镍网的一端固定，另一端浸入上述反应混合溶液中，在磁力搅拌下反应，目的在于获得适宜前躯体生长的化学浴沉积条件；反应完成后，自然冷却至室温，分别用乙醇、水冲洗1-3次，然后于60-80°C下干燥3-5小时，最后热处理，得到多孔NiO分级结构材料；

（4）在电极槽内以上述多孔NiO分级结构材料作为工作电极，并接上对电极和参比电极于室温下进行电沉积，然后将所得的产物洗涤，最后于60-80°C下干燥3-5小时，即得到三维NiO-MnOOH核壳杂化分级结构材料。

步骤（1）中所述的盐酸水溶液的浓度为3-8mol/L；所述的洗涤具体操作为未加机械力（如静置）、震荡和超声洗涤。

步骤（2）中所述的含有Ni²⁺的前驱体水溶液中Ni²⁺的浓度为0.05-0.3mol/L。

步骤（2）中所述的含有Ni²⁺的前驱体水溶液与氨水的体积比为30：0.5-3，其中氨水的质量浓度为25-28%。

步骤（3）中所述的反应的温度为30-80°C，时间为1-5小时。

步骤（3）中的所述热处理的温度为450-500°C，时间为2-10小时。

步骤（4）中所述的电沉积的溶液为12mL Mn(Ac)₂·4H₂O或MnSO₄水溶液、12mLNH₄Ac水溶液、36mL DMF-水或DMSO-水混合溶液。

步骤（4）中所述的电沉积的时间为0.1-3小时，电沉积的电位为0.60-0.95V。

上述的Mn(Ac)₂·4H₂O或MnSO₄的水溶液的浓度为0.01-0.04mol/L，NH₄Ac水溶液的浓度为0.02-0.08mol/L；DMF-水混合溶液中DMF与水的体积比为0.09-0.28:1，DMSO-水混合溶液中DMSO与水的体积比为0.09-0.28:1。