[发明专利]一种多孔CoAl双金属氧化物二维阶层结构电极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料化学技术领域，涉及一种CoAl双金属氧化物电极材料，具体来说，涉及一种多孔CoAl双金属氧化物二维阶层结构电极材料及其制备方法。

背景技术

随着气候的变化和化石能源的衰减，世界经济和全球的生态环境都面临着比较严重的挑战，所以自然能源的生产及储存成了必须要充分考虑的问题。虽然，太阳能、风能、核能被认为是最具有开发价值的资源，但是要达到高的利用率，还需要开发新的能量储存和传递装置，例如超级电容器。超级电容器，也被称为电化学电容器，近年来已经引起相当多的关注。超级电容器最大的特点就是具有能量高和功率密度大，更快的充电/放电速率能力，更长的循环寿命。在满足日益增长的能量需求的电力储存设备方面是目前最有前景的。现在，超级电容器已经广泛应用于消费型的电子产品、内存备用系统、电力供应等多个领域。

目前大多数的商业化的电极材料主要是大比表面的碳材料，但是其能量密度较低，限制大规模的使用。导电聚合物的网络结构发达，容纳的离子量大，其能力那高密度和功率密度大。而过渡金属氧化物和氢氧化物存储电荷与碳材料不同，通过表面法拉第氧化还原反应，具有比碳材料高的能量密度，并且其层状结构可以为过渡金属离子提供很均匀的分散液，使得在电化学中有很好的应用前景。

发明内容

针对上述技术问题，本发明的目的在于提供一种多孔CoAl双金属氧化物二维阶层结构电极材料及其制备方法。该方法环境友好，得到的多孔CoAl双金属氧化物二维阶层结构电极材料能解决现有技术中的双金属氧化物导电性不好、易团聚等的缺点，同时具有较大的比表面积和良好的循环稳定性。

本发明首先通过冷冻干燥得到CoAl双金属氢氧化物；接着用氢氧化钠溶液在回流的条件下清洗，最后进行高温煅烧得到多孔CoAl双金属氧化物材料。

本发明具体技术方案介绍如下。

本发明提供一种多孔CoAl双金属氧化物二维阶层结构电极材料的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：

(1)制备CoAl双金属氢氧化物

先将硝酸钴和硝酸铝、尿素和去离子水混合搅拌，得到混合溶液；然后将上述混合溶液移入水热釜中进行水热反应，反应结束后进行离心、洗涤和冻干，得到CoAl双金属氢氧化物；

(2)制备多孔CoAl双金属氧化物

将上述得到的CoAl双金属氢氧化物溶解用去离子水分散搅拌，接着加入碱溶液，0～20℃的温度下反应4～12h，再离心分离、烘干，得到样品；之后将样品置于管式炉中，在惰性气氛保护下进行热处理，得到CoAl双金属氧化物二维阶层结构电极材料。

上述步骤(1)中，硝酸钴和硝酸铝的质量比为2:15～8:1；硝酸铝和去离子水的质量体积比为1:15～4:3mg/ml，搅拌时间为15-30min。

上述步骤(1)中，硝酸钴和尿素的质量比为1:1-5:1。

上述步骤(1)中，水热反应的温度为90-120℃，反应时间为12-24h。

上述步骤(1)中，冷冻干燥的时间为24-48h。

上述步骤(2)中，CoAl双金属氢氧化物和去离子水的质量体积比为1:15～1:20mg/ml，分散搅拌时间为15-30min。

上述步骤(2)中，加入的碱溶液为NaOH溶液，NaOH浓度为2-5mol/l，其和去离子水的体积比为1:1～1:8，加入碱溶液后，0～10℃的温度下反应4～8h。

上述步骤(2)中，烘干的温度为60-90℃。

上述步骤(2)中，热处理时，其加热控制程序为：4-6℃/min的速度升温至400-800℃，保温2-4h。

本发明还提供一种上述制备方法得到的多孔CoAl双金属氧化物二维阶层结构电极材料。

和现有技术相比，本发明的有益效果在于：

通过本发明的方法获得的多孔CoAl双金属氧化物二维阶层结构电极材料充分利用了双金属氧化物之间的协同作用，克服了单纯金属氧化物活性位点少、循环性能差和比表面积小等缺点，不仅循环稳定性好，具有较高的能量功率密度，是理想的能源材料之一。

附图说明

图1是实施例1所得的CoAl双金属氧化物的扫描电镜图。

图2是实施例2所得的CoAl双金属氧化物的扫描电镜图。

图3是实施例3所得的CoAl双金属氧化物的扫描电镜图。

图4是实施例3所得的CoAl双金属氧化物XRD图。

图5是实施例3所得的CoAl双金属氧化物电化学性能测试图。

图6是实施例3所得的CoAl双金属氧化物的BET曲线图。