CN106745326A - ZnCo2O4中空核壳球的制备方法 - Google Patents

ZnCo2O4中空核壳球的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及超级电容器技术领域，特指一种以Zn(NO3)2·6H2O、Co(NO3)2·6H2O，甘油和异丙醇为原料来制备ZnCo2O4中空核壳球的方法，是一种制备工艺简单，成本低廉的方法。本发明运用有机物作为模板的方法合成金属甘油固体球前驱体，再通过高温煅烧的方法去除模板制备金属氧化物空心球结构，这种方法合成过程更加简单且模板极易去除。运用这种有机物模板法成功的制备了ZnCo2O4中空核壳球结构材料，这种中空核壳结构大大增加了比表面积，更有利于电解液体离子的沉浸以及转移。

Description

ZnCo2O4中空核壳球的制备方法
技术领域
本发明涉及超级电容器技术领域，特指一种以Zn(NO3)2·6H2O、Co(NO3)2·6H2O，甘油和异丙醇为原料来制备ZnCo2O4中空核壳球的方法，是一种制备工艺简单，成本低廉的方法。
背景技术
近年来，由于不可再生资源和能源(煤、石油)的不断开发，使其储量大大减少并带来了一定的污染问题。因此，为了社会可持续发展，探索和开发环境友好的能源和材料迫在眉睫。如今，太阳能、风能和核能等新型清洁能源巳经被开发，而它们的利用，需要高性能储能装置与之匹配。迄今为止，超级容器得到广泛的关注，跟传统的电容器相比，它有更高的能量密度(10倍以上)，有极长的使用寿命(105以上，此外，它对环境不会产生污染，能快速实现充放电，更加适用于电动汽车、军事应用等领域的大型储能系统中。
ZnCo2O4作为过渡金属氧化物由于其自身优异的物理，化学性能，环境友好等特点引起了大量关注，在能源转换等多个领域发挥着重要作用。至今为止，不同形貌的ZnCo2O4已经被制备出来应用于超级电容器的研究，例如纳米片，微米球，纳米线等等。而在这些结构中，中空核壳球由于其低密度，较大的比表面积以及较好的渗透性可以明显的提高ZnCo2O4的电化学性能。
本发明采用水热法和煅烧法成功制备了ZnCo2O4中空核壳球，所制备的ZnCo2O4材料在环境、能源等领域有良好应用前景。
发明内容
本发明目的是提供一种水热法和煅烧法制备ZnCo2O4中空核壳球的方法。
本发明通过以下步骤实现：
(1)将Zn(NO3)2·6H2O和Co(NO3)2·6H2O混合于异丙醇中，并加入一定量的甘油，在180℃条件加热一定的时间，之后冷却至室温，用乙醇洗涤6遍后干燥，得到Zn-Co前驱体。
所述的Zn(NO3)2·6H2O和Co(NO3)2·6H2O的摩尔比为1：2，异丙醇和甘油的体积比为5：1，且加热时间为6h；每升异丙醇中加入6.25mmol的Co(NO3)2·6H2O。
(2)将Zn-Co前驱体置于马弗炉中350℃煅烧一定的时间，获得ZnCo2O4中空核壳球。
所述的煅烧时间为2h，升温速率为1℃/min。
(3)本发明运用有机物作为模板的方法合成金属甘油固体球前驱体，再通过高温煅烧的方法去除模板制备金属氧化物空心球结构，这种方法合成过程更加简单且模板极易去除。运用这种有机物模板法成功的制备了ZnCo2O4中空核壳球结构材料，这种中空核壳结构大大增加了比表面积，更有利于电解液体离子的沉浸以及转移。
(4)本发明采用水热法和煅烧法制备的ZnCo2O4中空核壳球，晶化完全，形貌规则，分散性良好。
(5)利用X-射线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、电子透射显微镜(TEM)等仪器对产物进行形貌结构分析，并通过电化学工作站对其进行了测试，以评估其电化学性能。
本发明采用水热法和煅烧法制备ZnCo2O4中空核壳球，所制备ZnCo2O4材料在环境领域有良好的应用，这种中空核壳结构有利于加速电解质在球表面的渗透性，进而显示出较高的比容量。
附图说明
图1为所制备的ZnCo2O4中空核壳球材料的XRD衍射谱图。
图2为所制备ZnCo2O4中空核壳球材料的场发射扫描电镜图。
图3为所制备的ZnCo2O4中空核壳球材料的透射电镜图。
图4为所制备的ZnCo2O4中空核壳球材料的电化学测试的循环伏安曲线图和恒流充放电曲线图。
具体实施方式
实施例1 ZnCo2O4中空核壳球的制备
0.25毫摩尔的Co(NO3)2·6H2O和0.125毫摩尔的Zn(NO3)2·6H2O溶解在40毫升的异丙醇中，在8毫升的甘油加入到上述溶液中搅拌30分钟；随后，将得到的混合液转移到100毫升不锈钢高压釜中，在180℃条件下反应6小时。将得到的沉淀物(Zn-Co前驱体)通过离心收集，用无水乙醇洗涤6次，在60℃条件下干燥12小时。最后将获得的Zn-Co前驱体置于马弗炉中350℃煅烧2小时，升温速率为1℃/min，最终获得ZnCo2O4中空核壳球材料。
实施例2 ZnCo2O4中空核壳球的表征分析
如图1所示，从图中可以看出，ZnCo2O4显示出的一系列衍射峰属于尖晶石晶相的特征峰(JCPDS card no.23-1390)。
图2和图3可以观察到，ZnCo2O4展现出300-500nm之间的球状结构，并且球体为中空核壳的结构。
图4为所制备ZnCo2O4中空核壳球材料的电化学性质测试图。
实施例3 CoMn2O4空心球结构材料的电化学实验
(1)工作电极是通过将ZnCo2O4中空核壳球粉末与炭黑，聚偏氟乙烯以8：1：1的质量比例混合，然后涂在边长为1厘米的泡沫镍上烘干。
(2)将制备好的工作电极与银/氯化银电极，铂片电极在6摩尔每升的KOH电解质中进行电化学测试。
(3)由图4可见所制备的ZnCo2O4中空核壳球结构材料在1A g-1的电流密度下的比容量达到了317.8F g-1。

Claims (4)

1.ZnCo2O4中空核壳球的制备方法，其特征在于：
(1)将Zn(NO3)2·6H2O和Co(NO3)2·6H2O混合于异丙醇中，并加入甘油，在180℃条件加热后冷却至室温，洗涤干燥后，得到Zn-Co前驱体；
(2)将Zn-Co前驱体置于马弗炉中煅烧获得ZnCo2O4中空核壳球。
2.如权利要求1所述的ZnCo2O4中空核壳球的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述的Zn(NO3)2·6H2O和Co(NO3)2·6H2O的摩尔比为1：2，异丙醇和甘油的体积比为5：1，且加热时间为6h；每升异丙醇中加入6.25mmol的Co(NO3)2·6H2O。
3.如权利要求1所述的ZnCo2O4中空核壳球的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述的洗涤指用乙醇洗涤6遍。
4.如权利要求1所述的ZnCo2O4中空核壳球的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，所述的煅烧温度为350℃，时间为2h，升温速率为1℃/min。
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