CN106684347A - 一种聚吡咯包覆锰钴氧同轴纳米线及制备和应用 - Google Patents

一种聚吡咯包覆锰钴氧同轴纳米线及制备和应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种聚吡咯包覆锰钴氧同轴纳米线及制备和应用，钴盐、锰盐、氟化铵和尿素溶于去离子水中，磁力搅拌，将上述混合溶液置于反应釜中，该反应釜中浸渍一块钛箔；烘箱中110‑140℃反应，煅烧，得生长在钛箔上的Mn2CoO4纳米线；将l氧化剂溶于有机溶剂中，得溶液A；将过硫酸铵溶于水得溶液B；将溶液A滴加到含有Mn2CoO4纳米线的钛箔片上，然后将溶液B滴加到含有Mn2CoO4纳米线的钛箔片上，该聚合反应置于黑暗处处理7‑10 h，然后再次重复上述聚合过程；洗涤烘干得最终产物。聚吡咯包覆在锰钴氧的表面提高了材料的导电性，有利于提高材料的电化学性能。

Description

一种聚吡咯包覆锰钴氧同轴纳米线及制备和应用
技术领域
发明涉及一种锂电负极材料的制备方法，特别是涉及一种聚吡咯包覆锰钴氧同轴纳米线及制备和应用。
背景技术
随着社会的发展，锂离子电池备受关注。锂离子电池是目前世界上最为理想的可充电电池，它不仅具有能量密度大、循环寿命长、无记忆效应及污染小等优点。随着技术的进步，锂离子电池将广泛应用于电动汽车、航空航天及生物医药等领域，因此，研究与开发动力用锂离子电池及相关材料具有重大的意义。对于动力用锂离子电池而言，其关键是提高功率密度和能量密度，而功率密度和能量密度提高的根本是电极材料，特别是负极材料的改善。
自上世纪90年代初，日本的科技工作者开发出了层状结构的碳材料，碳材料是最早为人们所研究并应用于锂离子电池商品化的材料，至今仍是大家关注和研究的重点之一，但是碳负极材料存在一些缺陷：电池化成时，与电解液反应形成SEI膜，导致电解液的消耗和较低的首次库伦效率；电池过充时，可能会在碳电极表面析出金属锂，形成锂枝晶造成短路，导致温度升高，电池爆炸；另外，锂离子在碳材料中的扩散系数较小，导致电池不能实现大电流充放电，从而限制了锂离子电池的应用范围。
Mn2CoO4是一种尖晶石结构的复合氧化物，是一种广泛应用的磁性材料，常用作燃料电池材料，目前也可以作为锂离子电池负极材料，通过转化和合金化反应具有较高的Li+储存容量。该材料被认为是一种具有前途的锂离子负极材料。聚吡咯（PPy）是吡咯单体（Py）通过聚合反应而得，是一种杂环共轭型导电高分子，是一种导电聚合物，具有较好的导电性。
本发明利用水热法制备聚吡咯包覆锰钴氧同轴纳米线，水热法合成的纳米线具有较大的比表面积，同时，聚吡咯包覆在锰钴氧的表面提高了材料的导电性，有利于提高材料的电化学性能。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明提供一种聚吡咯包覆锰钴氧同轴纳米线及制备和应用。
一种聚吡咯包覆锰钴氧同轴纳米线的制备方法，其特征在于，该聚吡咯包覆锰钴氧同轴纳米线的分子式为：Mn2CoO4@PPy，该方法的具体步骤为：
（1）按摩尔量比1: 2: 2: 5将钴盐、锰盐、氟化铵和尿素溶于去离子水中，进行磁力搅拌30~50 min；
（2）将上述混合溶液置于100 mL反应釜中，该反应釜中浸渍一块1×1 cm2的钛箔；
（3）将反应釜置于烘箱中110~140℃反应5~8 h，将前驱体在350~400℃煅烧2~5 h，得生长在钛箔上的Mn2CoO4纳米线；
（4）将1~1.5 mmol氧化剂溶于30~40 mL有机溶剂中，得溶液A；将0.2~0.25 mmol过硫酸铵溶于20~30 mL水得溶液B；
（5）将50~75微升溶液A滴加到含有Mn2CoO4纳米线的钛箔片上，然后将50~75微升溶液B滴加到含有Mn2CoO4纳米线的钛箔片上，该聚合反应置于黑暗处处理7~10 h，然后再次重复上述聚合过程；
（6）将上述样品用无水乙醇和去离子水洗涤数次后，60~80℃真空烘箱20~24 h进行烘干，得最终产物。
所述的钴盐为醋酸钴、硝酸钴或是草酸钴中的一种或其组合。
所述的可溶性锰盐为醋酸锰、硝酸锰或草酸锰中的一种或其组合。
所述的氧化剂是对甲苯磺酸或是对甲苯磺酸钠中的一种或其组合。
所述的有机溶剂为无水乙醇或是丙酮中的一种或是其组合。
一种聚吡咯包覆锰钴氧同轴纳米线，其特征在于，根据上述任一所述方法制备得到。
一种聚吡咯包覆锰钴氧同轴纳米线的应用。
利用水热法制备聚吡咯包覆锰钴氧同轴纳米线，水热法合成的纳米线具有较大的比表面积，同时，聚吡咯包覆在锰钴氧的表面提高了材料的导电性，有利于提高材料的电化学性能。Mn2CoO4@PPy同轴纳米线的电化学循环寿命图，首次放电比容量为1230 mAh/g，经过50次循环放电比容量为290 mAh/g。
附图说明
图1为实施例1 Mn2CoO4@PPy同轴纳米线的电化学性能图。
具体实施方式
本发明通过下面具体实例进行详细的描述，但是本发明的保护范围不受限于这些实施例子。
实施例一：
将1 mmol醋酸钴、2 mmol醋酸锰、2 mmol氟化铵和5 mmol尿素溶于70 mL去离子水中，进行磁力搅拌30 min；将上述混合溶液置于100 mL反应釜中，该反应釜中浸渍一块1×1cm2 的钛箔；将反应釜置于烘箱中110 ℃反应5 h，将前驱体在350 ℃煅烧2 h，得生长在钛箔上的Mn2CoO4纳米线；将1 mmol对甲苯磺酸溶于30 mL无水乙醇中，得溶液A；将0.2 mmol过硫酸铵溶于20 mL水得溶液B；将50 μL溶液A滴加到含有Mn2CoO4纳米线的钛箔片上，然后将50 μL溶液B滴加到含有Mn2CoO4纳米线的钛箔片上，该聚合反应置于黑暗处处理7 h，然后再次重复上述聚合过程；将上述样品用无水乙醇和去离子水洗涤数次后，60 ℃真空烘箱24 h进行烘干，得最终产物。图1是Mn2CoO4@PPy同轴纳米线的电化学循环寿命图，首次放电比容量为1230 mAh/g，经过50次循环放电比容量为290 mAh/g。
实施例二：
将1 mmol硝酸钴、2 mmol硝酸锰、2 mmol氟化铵和5 mmol尿素溶于70 mL去离子水中，进行磁力搅拌50 min；将上述混合溶液置于100 mL反应釜中，该反应釜中浸渍一块1×1cm2的钛箔；将反应釜置于烘箱中140 ℃反应5 h，将前驱体在400 ℃煅烧2 h，得生长在钛箔上的Mn2CoO4纳米线；将1 mmol对甲苯磺酸钠溶于30 mL无水乙醇中，得溶液A；将0.2 mmol过硫酸铵溶于20 mL水得溶液B；将50 μL溶液A滴加到含有Mn2CoO4纳米线的钛箔片上，然后将50 μL溶液B滴加到含有Mn2CoO4纳米线的钛箔片上，该聚合反应置于黑暗处处理7 h，然后再次重复上述聚合过程；将上述样品用无水乙醇和去离子水洗涤数次后，60 ℃真空烘箱24h进行烘干，得最终产物。
实施例三：
将1 mmol醋酸钴、2 mmol醋酸锰、2 mmol氟化铵和5 mmol尿素溶于70 mL去离子水中，进行磁力搅拌50 min；将上述混合溶液置于100 mL反应釜中，该反应釜中浸渍一块1×1cm2的钛箔；将反应釜置于烘箱中140 ℃反应5 h，将前驱体在400 ℃煅烧2 h，得生长在钛箔上的Mn2CoO4纳米线；将1 mmol对甲苯磺酸钠溶于30 mL丙酮中，得溶液A；将0.2 mmol过硫酸铵溶于20 mL水得溶液B；将75 μL溶液A滴加到含有Mn2CoO4纳米线的钛箔片上，然后将75μL溶液B滴加到含有Mn2CoO4纳米线的钛箔片上，该聚合反应置于黑暗处处理10 h，然后再次重复上述聚合过程；将上述样品用无水乙醇和去离子水洗涤数次后，80 ℃真空烘箱20 h进行烘干，得最终产物。

Claims (7)

1.一种聚吡咯包覆锰钴氧同轴纳米线的制备方法，其特征在于，该聚吡咯包覆锰钴氧同轴纳米线的分子式为：Mn2CoO4@PPy，该方法的具体步骤为：
（1）按摩尔量比1: 2: 2: 5将钴盐、锰盐、氟化铵和尿素溶于去离子水中，进行磁力搅拌30~50 min；
（2）将上述混合溶液置于100 mL反应釜中，该反应釜中浸渍一块1×1 cm2的钛箔；
（3）将反应釜置于烘箱中110~140℃反应5~8 h，将前驱体在350~400℃煅烧2~5 h，得生长在钛箔上的Mn2CoO4纳米线；
（4）将1~1.5 mmol氧化剂溶于30~40 mL有机溶剂中，得溶液A；将0.2~0.25 mmol过硫酸铵溶于20~30 mL水得溶液B；
（5）将50~75微升溶液A滴加到含有Mn2CoO4纳米线的钛箔片上，然后将50~75微升溶液B滴加到含有Mn2CoO4纳米线的钛箔片上，该聚合反应置于黑暗处处理7~10 h，然后再次重复上述聚合过程；
（6）将上述样品用无水乙醇和去离子水洗涤数次后，60~80℃真空烘箱20~24 h进行烘干，得最终产物。
2.根据权利要求1所述种一种聚吡咯包覆锰钴氧同轴纳米线的制备方法，其特征在于所述的钴盐为醋酸钴、硝酸钴或是草酸钴中的一种或其组合。
3.根据权利要求1所述一种聚吡咯包覆锰钴氧同轴纳米线的制备方法，其特征在于所述的可溶性锰盐为醋酸锰、硝酸锰或草酸锰中的一种或其组合。
4.根据权利要求1所述一种聚吡咯包覆锰钴氧同轴纳米线的制备方法，其特征在于所述的氧化剂是对甲苯磺酸或是对甲苯磺酸钠中的一种或其组合。
5.根据权利要求1所述一种聚吡咯包覆锰钴氧同轴纳米线的制备方法，其特征在于所述的有机溶剂为无水乙醇或是丙酮中的一种或是其组合。
6.一种聚吡咯包覆锰钴氧同轴纳米线，其特征在于，根据权利要求1-5任一所述方法制备得到。
7.根据权利要求6所述一种聚吡咯包覆锰钴氧同轴纳米线的应用。
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