一種制備高比容量梭狀氧化銅電極材料的方法
【技術領域】
[0001 ]本發明涉及一種制備高比容量梭狀氧化銅電極材料的方法，屬于金屬氧化物納米材料制備領域。
【背景技術】
[0002]隨著全球經濟的快速發展，化石燃料和環境污染加劇的枯竭，目前迫切需要高效，清潔和可持續發展的能源，以及與能量轉換與存儲相關的新技術。因此，超級電容器(也稱為電化學電容器)，是具有高功率和更快的響應時間和接近無限的生命周期合理能量密度的特性，這是具有傳統的介質電容和儲能電池電能兩者優勢的電能存儲裝置。現在超級電容器的發展方向應該集中在使用環保材料、增加了功率和能量密度，以及較低的制造成本。
[0003]為了完成這些目標，目前有兩種類型的電極材料受到研究者們的喜愛，例如碳對雙電層電容器，金屬氧化物和導電聚合物。在理論上，電子存儲涉及可逆法拉第反應贗的比電容性能力會比一個雙層電容器的強，因為電容從在界面靜電分離產生的會更高。所以，很多努力一直致力于提高過渡金屬氧化物的功率和能量密度，由于其成本低，以及高的比電容，其比電容來源于發生法拉第反應時的可變氧化態和多電子轉移過程。釕氧化物已被廣泛研究用于有源電極的應用程序，由于其高的理論容量(約2000F G—工)在電勢窗大約1.4V，但是由于整數高成本和有毒的性質，它們的用途是有限的。作為超級電容器其他可能的金屬氧化物電極材料，銅氧化物基超級電容器最近引起顯著注意:它們表明有較高比電容，環境友好的性質，良好的電化學性能和原料的成本低。
[0004]Zhang等人報道了花狀的氧化銅納米結構，其在氫氧化鉀電解質中的比電容為133.6F g—1，約是氧化銅粉末的3倍。Lokhande等人制備了氧化銅多層納米片薄膜，其作為電極材料在硫化鈉電解質中的比電容是43F g—1 Jang等人通過一個無模板的方法在泡沫鎳上生長CuO納米片陣列，在6mmol/L的KOH溶液中的電化學比電容569F g一、

【發明內容】

[0005]針對現有技術存在的缺陷，本發明的目的是在于提供一種制備具有特殊的梭狀形貌、粒度分布集中，且具有良好電化學性能的梭狀氧化銅納米顆粒的方法。
[0006]為了達到上述目的，本發明提供了一種制備梭狀氧化銅納米顆粒的方法，該方法是在銅鹽水溶液中加入可溶性碳酸鹽及三乙胺，超聲分散，于功率為200?400W的微波環境中處理10?30min，即得。
[0007 ]優選的方案，銅鹽水溶液中銅鹽的濃度為12.5?50mmo I /L。
[0008]較優選的方案，銅鹽為氯化銅。
[0009 ]優選的方案，可溶性碳酸鹽在銅鹽水溶液中的濃度為12.5?50mmo I /L。
[0010]較優選的方案，碳酸鹽為碳酸鈉。
[0011]優選的方案，三乙胺與銅鹽水溶液的體積比小于或等于2/40;較優選為1/40?2/
40 ο
[0012]本發明的制備梭狀氧化銅納米顆粒的方法包括以下步驟:
[0013]步驟1:稱量CuCl2,加入50mL的燒杯中，并加入40mL去離子水，并進行10分鐘磁力攪拌，氯化銅的濃度達到12.5?50mmo 1/L；
[0014]步驟2:在步驟I中攪拌均勻后的混合液中，先后加入Na2CO3和三乙胺，攪拌10分鐘，然后超聲5分鐘;碳酸鈉的濃度為12.5?50mmol/L，三乙胺的加入體積小于2mL;
[0015]步驟3:直接放入微波爐中，設定微波功率為200?400W，微波處理時間為10?30mino
[0016]相對現有技術，本發明技術方案具有以下優點及突出性效果:
[0017]1、采用銅鹽和碳酸鹽為原料，以水作為溶劑，對環境無污染。
[0018]2、以三乙胺作為表面活性劑和導向劑，能有效調節生成的納米氧化銅晶體顆粒的結構形貌，獲得形貌較好，均一的梭狀氧化銅納米粒子，且對生成的梭狀氧化銅納米粒子分散性好，有效調節其顆粒大小，使獲得的納米氧化銅顆粒大小均一，粒徑分布窄。
[0019]3、在微波爐內反應，反應高效、簡單，易于操作，滿足工業生產要求。
[O O 2 O ] 4、制備的納米氧化銅晶體顆粒具有特殊的形貌，且電化學活性尚、穩定，制備的梭狀氧化銅納米顆粒在Imo 1/L的KOH溶液中的電化學比電容為1352.5F g—1，優于早期報道的氧化銅電化學性能;在超級電容器電極材料等方面具有廣闊的應用前景。
【附圖說明】
[0021]【圖1】為實施例1所制備的梭狀氧化銅納米顆粒的X射線粉末衍射圖；
[0022]【圖2】為實施例1所制備的梭狀氧化銅納米顆粒的SEM電鏡檢測圖；
[0023]【圖3】為實施例1所制備的梭狀氧化銅納米顆粒的充放電循環曲線圖；
[0024]【圖4】為實施例2所制備的梭狀氧化銅納米顆粒的TEM電鏡檢測圖；
[0025]【圖5】為實施例3所制備的梭狀氧化銅納米顆粒的TEM電鏡檢測圖；
[0026]【圖6】為實施例4所制備的梭狀氧化銅納米顆粒的TEM電鏡檢測圖；
[0027]【圖7】為實施例5所制備的梭狀氧化銅納米顆粒的TEM電鏡檢測圖；
[0028]【圖8】為實施例6所制備的梭狀氧化銅納米顆粒的TEM電鏡檢測圖；
[0029]【圖9】為實施例7所制備的梭狀氧化銅納米顆粒的TEM電鏡檢測圖；
[0030]【圖10】為實施例8所制備的梭狀氧化銅納米顆粒的TEM電鏡檢測圖；
[0031]【圖11】為對比實施例1所制備的梭狀氧化銅納米顆粒的TEM電鏡檢測圖；
[0032]【圖12】為實施例9所制備的梭狀氧化銅納米顆粒的TEM電鏡檢測圖。
【具體實施方式】
[0033]以下實施例旨在進一步說明本
【發明內容】
，而非限制本發明權利要求的保護范圍。
[0034]實施例1
[0035]首先需要稱量lmmol C11CI2，加入50mL的燒杯中，接著加入40mL去離子水，進行攪拌，隨后先后加入lmmol Na2CO3和ImL的三乙胺溶液，攪拌10分鐘，然后超聲5分鐘，然后直接放入微波爐中，設定功率為300W，時間為20分鐘，得到用去離子水和無水乙醇清洗數次，之后在60°C的烘箱干燥6小時，即可得到氧化銅納米梭樣品。如圖1所示產物經X射線粉末衍射鑒定為氧化銅；用掃描電鏡(SEM)對氧化銅進行形貌分析，從圖2中可以看出其形貌為納米梭。優秀的電化學循環性能及比電容可以從圖3看出。
[0036]實施例2
[0037]首先需要稱量lmmol C11CI2，加入50mL的燒杯中，接著加入40mL去離子水，進行攪拌，隨后先后加入lmmol Na2CO3和ImL的三乙胺溶液，攪拌10分鐘，然后超聲5分鐘，然后直接放入微波爐中，設定功率為200W，時間為20分鐘，得到用去離子水和無水乙醇清洗數次，之后在60°C的烘箱干燥6小時，即可得到氧化銅納米梭樣品。用透射電子顯微鏡(TEM)對氧化銅進行形貌分析，從圖4中可以看出其形貌為納米梭。
[0038]實施例3
[0039]首先需要稱量lmmol C11CI2，加入50mL的燒杯中，接著加入40mL去離子水，進行攪拌，隨后先后加入lmmol Na2CO3和ImL的三乙胺溶液，攪拌10分鐘，然后超聲5分鐘，然后直接放入微波爐中，設定功率為400W，時間為20分鐘，得到用去離子水和無水乙醇清洗數次，之后在60°C的烘箱干燥6小時，即可得到氧化銅納米梭樣品。用透射電子顯微鏡(TEM)對氧化銅進行形貌分析，從圖5中可以看出其形貌為納米梭。
[0040]實施例4
[0041]首先需要稱量lmmol C11CI2，加入50mL的燒杯中，接著加入40mL去離子水，進行攪拌，隨后先后加入lmmol Na2CO3和ImL的三乙胺溶液，攪拌10分鐘，然后超聲5分鐘，然后直接放入微波爐中，設定功率為300W，時間為10分鐘，得到用去離子水和無水乙醇清洗數次，之后在60°C的烘箱干燥6小時，即可得到氧化銅納米梭樣品。用透射電子顯微鏡(TEM)對氧化銅進行形貌分析，從圖6中可以看出其形貌為納米梭。
[0042]實施例5
[0043]首先需要稱量lmmol C11CI2，加入50mL的燒杯中，接著加入40mL去離子水，進行攪拌，隨后先后加入lmmol Na2CO3和ImL的三乙胺溶液，攪拌10分鐘，然后超聲5分鐘，然后直接放入微波爐中，設定功率為300W，時間為30分鐘，得到用去離子水和無水乙醇清洗數次，之后在60°C的烘箱干燥6小時，即可得到氧化銅納米梭樣品。用透射電子顯微鏡(TEM)對氧化銅進行形貌分析，從圖7中可以看出其形貌為納米梭。
[0044]實施例6
[0045]首先需要稱量lmmol C11CI2，加入50mL的燒杯中，接著加入40mL去離子水，進行攪拌，隨后先后加入0.5mmol Na2CO3和ImL的三乙胺溶液，攪拌10分鐘，然后超聲5分鐘，然后直接放入微波爐中，設定功率為300W，時間為20分鐘，得到用去離子水和無水乙醇清洗數次，之后在60°C的烘箱干燥6小時，即可得到氧化銅納米梭樣品。用透射電子顯微鏡(TEM)對氧化銅進行形貌分析，從圖8中可以看出其形貌為納米梭。
[0046]實施例7
[0047]首先需要稱量lmmol C11CI2，加入50mL的燒杯中，接著加入40mL去離子水，進行攪拌，隨后先后加入2mmol Na2CO3和ImL的三乙胺溶液，攪拌10分鐘，然后超聲5分鐘，然后直接放入微波爐中，設定功率為300W，時間為20分鐘，得到用去離子水和無水乙醇清洗數次，之后在60°C的烘箱干燥6小時，即可得到氧化銅納米梭樣品。用透射電子顯微鏡(TEM)對氧化銅進行形貌分析，從圖9中可以看出其形貌為納米梭。
[0048]實施例8
[0049]首先需要稱量lmmol C11CI2，加入50mL的燒杯中，接著加入40mL去離子水，進行攪拌，隨后先后加入4mmol Na2CO3和ImL的三乙胺溶液，攪拌10分鐘，然后超聲5分鐘，然后直接放入微波爐中，設定功率為300W，時間為20分鐘，得到用去離子水和無水乙醇清洗數次，之后在60°C的烘箱干燥6小時，即可得到氧化銅納米梭樣品。用透射電子顯微鏡(TEM)對氧化銅進行形貌分析，從圖10中可以看出其形貌為納米小顆粒。
[0050]對比實施例1
[0051]首先需要稱量lmmol C11CI2，加入50mL的燒杯中，接著加入40mL去離子水，進行攪拌，隨后先后加入lmmol Na2CO3和OmL的三乙胺溶液，攪拌10分鐘，然后超聲5分鐘，然后直接放入微波爐中，設定功率為300W，時間為20分鐘，得到用去離子水和無水乙醇清洗數次，之后在60°C的烘箱干燥6小時，即可得到氧化銅納米梭樣品。用透射電子顯微鏡(TEM)對氧化銅進行形貌分析，從圖11中可以看出其形貌為納米片小顆粒。
[0052]實施例9
[0053]首先需要稱量lmmol C11CI2，加入50mL的燒杯中，接著加入40mL去離子水，進行攪拌，隨后先后加入lmmol Na2CO3和2mL的三乙胺溶液，攪拌10分鐘，然后超聲5分鐘，然后直接放入微波爐中，設定功率為300W，時間為20分鐘，得到用去離子水和無水乙醇清洗數次，之后在60°C的烘箱干燥6小時，即可得到氧化銅納米梭樣品。用透射電子顯微鏡(TEM)對氧化銅進行形貌分析，從圖12中可以看出其形貌為納米梭。
【主權項】
1.制備梭狀氧化銅納米顆粒的方法，其特征在于:在銅鹽水溶液中加入可溶性碳酸鹽及三乙胺，超聲分散，于功率為200?400W的微波環境中處理10?30min，即得。2.根據權利要求1所述的制備梭狀氧化銅納米顆粒的方法，其特征在于:所述的銅鹽水溶液中銅鹽的濃度為12.5?50mmol/L。3.根據權利要求2所述的制備梭狀氧化銅納米顆粒的方法，其特征在于:所述的銅鹽為氯化銅。4.根據權利要求1所述的制備梭狀氧化銅納米顆粒的方法，其特征在于:所述的可溶性碳酸鹽在銅鹽水溶液中的濃度為12.5?50mmo I/L。5.根據權利要求4所述的制備梭狀氧化銅納米顆粒的方法，其特征在于:所述的碳酸鹽為碳酸鈉。6.根據權利要求1?5任一項所述的制備梭狀氧化銅納米顆粒的方法，其特征在于:所述的三乙胺與銅鹽水溶液的體積比小于或等于2/40。7.根據權利要求6所述的制備梭狀氧化銅納米顆粒的方法，其特征在于:所述的三乙胺與銅鹽水溶液的體積比為I/40?2/40。
【專利摘要】本發明公開了一種制備高比容量梭狀氧化銅電極材料的方法，該方法是在銅鹽水溶液中加入可溶性碳酸鹽及三乙胺，超聲分散后，通過微波處理，即得具有特殊梭狀形貌的氧化銅納米顆粒，該方法高效、簡單，易于操作，滿足工業生產要求；制得的梭狀氧化銅納米顆粒具有純度高、顆粒粒徑均一、電化學性能優良等特點，在超級電容器電極材料領域具有廣闊的應用前景。
【IPC分類】H01G11/46, C01G3/02, B82Y40/00
【公開號】CN105712391
【申請號】CN201610166114
【發明人】劉小鶴, 劉濤, 馬仁志, 邱冠周
【申請人】中南大學