CN109437319A - 雪花状氧化铁纳米结构超级电容器材料的制备方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于超级电容器领域，具体涉及一种雪花状氧化铁纳米结构超级电容器材料的制备方法及应用。首先将水溶性铁盐、尿素、氟化铵以及硼氢化钠溶于乙二醇和去离子水的混合溶剂中；然后采用溶剂热法控制加热温度和反应时长；最后将所获得的沉淀离心洗涤，获得雪花状氧化铁纳米结构的超级电容器材料。其中，所述铁盐为氯化铁、硝酸铁或硫酸铁等。该方法成本低廉、绿色环保、操作简单且产物的后处理方便，易于对材料的尺寸和形貌进行调控。同时，该方法制得雪花状氧化铁是优异的超级电容器的电极材料，具有高的比电容，良好的倍率特性以及稳定性。
Description
技术领域
本发明属于超级电容器领域，具体涉及一种雪花状氧化铁纳米结构超级电容器材料的制备方法及应用。
背景技术
近些年来，超级电容器作为一种介于常规电容器和二次电池之间的新型储能器件，由于其在使用寿命，功率密度、安全性和效率等方面具有其它储能器件无以比拟的优越性，越来越受到人们的重视。然而，基于常规双电层储能机制的碳电极材料比电容普遍偏低，进而导致器件整体能量密度过低。因而，为了提高器件的能量密度，寻找基于赝电容机制的高性能超级电容器电极材料意义重大。
氧化铁作为一种重要的赝电容材料，具有来源广泛、价格低廉、比电容高等优势，引起相关研究的广泛关注。然而，常规的氧化铁材料受限于导电性差，形貌结构不规则，尺寸不均一等因素，严重制约其在超级电容器等领域应用。
纳米材料相较传统体相材料，由于具有高比表面积，小尺寸以及高反应活性等优势，在储能及催化领域引起人们的广泛关注。然而，纳米材料的性能与其形貌结构，尺寸大小等因素有着十分重要关系，其结构尺寸最终决定其性能及应用。因而，寻找方法简易，形貌结构可控的纳米材料制备方法具有重要的意义。
目前，研究者使用模板法(包括硬模板及软模板法)、共沉淀法等制备数种不同形貌的氧化铁，如：纳米片结构，球形结构，空心结构等。然而，这些方法普遍具有一些缺陷，如：方法复杂、周期长、可控性差等，最终导致合成形貌结构均一性差，产量低等缺陷。基于此，有必要研究雪花状氧化铁纳米结构的制备方法，该结构目前未见相关专利及文献报道。
发明内容
本发明的首要目的在于提供一种雪花状氧化铁纳米结构超级电容器材料的制备方法，通过简易溶剂热法制备结构规整、尺寸均一雪花状结构纳米氧化铁超级电容器材料，该方法具有操作简单，可控性好，制备材料结构均一、产率高等优势。
本发明的另一目的是提供一种所述方法制得的雪花状结构纳米氧化铁材料。
本发明的再一目的在于提供上述方法制备的雪花状纳米氧化铁材料作为超级电容器电极材料的应用，该材料用作超级电容器电极材料时，表现出优异的电化学性能。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种雪花状氧化铁纳米结构超级电容器材料的制备方法，首先将水溶性铁盐、尿素、氟化铵以及硼氢化钠溶于乙二醇和去离子水的混合溶剂中；然后采用溶剂热法控制加热温度和反应时长；最后将所获得的沉淀离心洗涤，获得雪花状氧化铁纳米结构的超级电容器材料。
所述的雪花状氧化铁纳米结构超级电容器材料的制备方法，具体步骤如下：
(1)配置乙二醇和去离子水的混合溶剂，其中乙二醇和去离子水的体积比为1.5～2.5：1；
(2)分别先后将水溶性铁盐、尿素、氟化铵按照摩尔比4.5～5.5：1：1逐渐在搅拌的条件加入到步骤(1)混合溶剂中，待水溶性铁盐、尿素、氟化铵完全溶解后，快速于5秒之内加入硼氢化钠；
(3)将上述溶液转移到水热反应釜中，在150～200℃下进行溶剂热反应6～12小时；待反应完成自然冷却至室温后，将所得反应沉淀分别使用去离子水和乙醇离心清洗，在70～90℃的条件下空气中干燥8～12小时，得到结构均一的雪花状结构纳米氧化铁。
所述的雪花状氧化铁纳米结构超级电容器材料的制备方法，步骤(1)中，乙二醇和去离子水的体积比优选为2：1。
所述的雪花状氧化铁纳米结构超级电容器材料的制备方法，步骤(2)中，水溶性铁盐、尿素、氟化铵的摩尔比优选为5：1：1。
所述的雪花状氧化铁纳米结构超级电容器材料的制备方法，步骤(2)中，水溶性铁盐为氯化铁或硝酸铁。
所述的雪花状氧化铁纳米结构超级电容器材料的制备方法，步骤(2)中，硼氢化钠的加入量与氟化铵的摩尔比为1：4。
所述的雪花状氧化铁纳米结构超级电容器材料的制备方法，步骤(3)中，优选的，干燥温度为80℃，时间为10小时。
所述的雪花状氧化铁纳米结构超级电容器材料的制备方法，雪花状氧化铁纳米结构的超级电容器材料的技术参数和指标如下：其形貌为典型雪花状结构，即分别有六个四面体棱柱紧密结合组成，每个棱柱边长180～220纳米，高0.5～2微米。
所述方法制备的雪花状氧化铁纳米结构超级电容器材料的应用，雪花状氧化铁作为超级电容器电极材料。
所述的雪花状氧化铁纳米结构超级电容器材料的应用，当充放电电流密度从1A/g增加至20A/g时，其比电容分别高达809F/g和303F/g。
本发明的设计思想是：
氧化铁纳米材料的超级电容器电化学储能性能与其形貌结构密切相关，寻找方法简易，制备结构形貌可控的氧化铁纳米结构有着重要的意义。本发明选取氟化铵作为形貌导向剂，硼氢化钠作为还原剂，通过控制水热反应条件及反应前驱中不同组分摩尔比例，制备形貌规整，结构均一的高性能雪花状结构纳米氧化铁超级电容器电极材料。
本发明的显著优势及特点的在于：
(1)本发明方法成本低廉、绿色环保、操作简单且产物的后处理方便，易于对材料的尺寸和形貌进行调控。
(2)本发明方法制备的雪花状纳米氧化铁用作超级电容器电极材料时，表现出优异的电化学性能，具有高比电容，良好的倍率特性以及稳定性等。
附图说明
图1为实施例1中制备雪花状氧化铁纳米材料的XRD衍射图。其中，横坐标2Theta为衍射角(Degree)，纵坐标Intensity为强度(a.u.)。
图2为实施例1中制备雪花状氧化铁纳米材料的扫描电子显微镜照片。
图3为实施例1中制备雪花状氧化铁纳米材料用作超级电容器电极材料的循环伏安曲线及对应的扫速-比电容图。其中，(a)为循环伏安曲线，横坐标Voltage为电压(V vsHg/HgO)，纵坐标CurrentDensity为电流密度(Ag-1)；(b)为扫速-比电容图，横坐标ScanRate为扫描速度(mV s-1)，纵坐标Specific Capacitance为比电容(F g-1)。
图4为实施例1中制备雪花状氧化铁纳米材料用作超级电容器电极材料时的放电曲线及电流密度-比电容图。其中，(a)为放电曲线，横坐标Time为时间(s)，纵坐标Voltage为电压(V vs Hg/Hg)；(b)为电流密度-比电容图，横坐标Current Density为电流密度(Ag-1)，纵坐标Specific Capacitance为比电容(F g-1)。
具体实施方式
在具体实施过程中，本发明雪花状氧化铁纳米结构超级电容器材料的制备方法，包括：1)将乙二醇、去离子水混合以制备体系溶剂的工序；2)将水溶性铁盐、尿素、氟化铵以及硼氢化钠按一定摩尔比例与所述溶剂混合以制备反应前驱的工序；3)在一定温度下溶剂热反应的工序。其中，铁盐为氯化铁、硝酸铁或硫酸铁等。该方法成本低廉、绿色环保、操作简单且产物的后处理方便，易于对材料的尺寸和形貌进行调控。同时，该方法制得雪花状氧化铁是优异的超级电容器的电极材料，具有高的比电容，良好的倍率特性以及稳定性。
下面结合具体实施例方式，对该发明进行进一步的阐述。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不是用于限制本发明的范围。
实施例1
本实施例中，雪花状氧化铁纳米结构超级电容器材料的制备方法如下：
(1)配置60mL的乙二醇和去离子水混合溶剂，其中乙二醇和去离子水的体积分别为40mL和20mL。
(2)按顺序向步骤(1)配置溶液中先后加入0.05mol九水合硝酸铁、0.01mol尿素和0.01mol氟化铵，磁力搅拌10分钟溶解，之后在搅拌条件下快速加入0.0025mol硼氢化钠。
(3)将步骤(2)配置的溶液转移至100mL水热反应釜中，在180℃温度下加热反应12小时。
(4)待反应结束，自然冷却至室温后，将所得反应沉淀分别使用去离子水和乙醇离心清洗，在80℃的条件下空气中干燥10小时，即可得到结构均一的雪花状氧化铁纳米材料粉末。
如图1所示，本实施例所制备的雪花状氧化铁晶体结构可通过XRD衍射确定。如图2所示，本实施例制备材料的扫描电子显微镜图片，由此可见，其形貌为典型雪花状结构，即分别有六个四面体棱柱紧密结合组成，每个棱柱边长约200纳米，高约1微米。
实施例2
本实施例中，雪花状氧化铁纳米结构超级电容器材料的制备方法如下：
(1)将实施例1制备的雪花状氧化铁纳米材料与导电炭黑、羧甲基纤维素钠在水溶液下以8：1：1的质量比进行混合，均匀涂覆于泡沫镍上，在真空干燥箱中以100℃烘干12小时，制备得到超级电容器电极。其中，雪花状氧化铁纳米材料的负载量约为3mg/cm2。
(2)选取摩尔浓度6M的KOH水溶液作为电解液，Pt作为对电极，Hg/HgO参比电极，测试步骤(1)所制备电极的超级电容器储能特性。如图3(a)所示，在不同扫速下的该电极的循环伏安曲线，可以很明显看出，当扫速从1mV/s增大到20mV/s时，整个循环伏安曲线形状没有发生明显改变。基于此，如图3(b)所示，可以计算出即使在扫速为20mV/s时，比电容仍旧高达382.4F/g，远远高于目前基于双电层机制碳材料的比电容。
实施例3
本实施例中，雪花状氧化铁纳米结构超级电容器材料的制备方法如下：
利用实施例2制备的电极，使用CHI660电化学工作站进行充放电测试，其中所有测试均在三电极条件下进行，电解液为摩尔浓度6M的KOH水溶液，放电曲线结果见图4(a)。图4(b)所示，根据放电曲线计算的比电容-电流密度关系图，可以看到，当充放电电流密度为1A/g时，该电极比电容最高可以达到809F/g，即使电流密度达到20A/g时，比电容依旧可以保持在303F/g，表现出优异的倍率特型。
实施例结果表明，本发明制备的雪花状结构纳米氧化铁超级电容器材料，具有优异的电化学性能，即高的比电容，优异的倍率特性等。此外，需要指出的是，该制备方法成本低廉、绿色环保、操作简单且产物的后处理方便，制备的雪花状氧化铁纳米材料形貌规整，尺寸均一，产量高。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种雪花状氧化铁纳米结构超级电容器材料的制备方法，其特征在于，首先将水溶性铁盐、尿素、氟化铵以及硼氢化钠溶于乙二醇和去离子水的混合溶剂中；然后采用溶剂热法控制加热温度和反应时长；最后将所获得的沉淀离心洗涤，获得雪花状氧化铁纳米结构的超级电容器材料。
2.如权利要求1所述的雪花状氧化铁纳米结构超级电容器材料的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
(1)配置乙二醇和去离子水的混合溶剂，其中乙二醇和去离子水的体积比为1.5～2.5：1；
(2)分别先后将水溶性铁盐、尿素、氟化铵按照摩尔比4.5～5.5：1：1逐渐在搅拌的条件加入到步骤(1)混合溶剂中，待水溶性铁盐、尿素、氟化铵完全溶解后，快速于5秒之内加入硼氢化钠；
(3)将上述溶液转移到水热反应釜中，在150～200℃下进行溶剂热反应6～12小时；待反应完成自然冷却至室温后，将所得反应沉淀分别使用去离子水和乙醇离心清洗，在70～90℃的条件下空气中干燥8～12小时，得到结构均一的雪花状结构纳米氧化铁。
3.如权利要求2所述的雪花状氧化铁纳米结构超级电容器材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，乙二醇和去离子水的体积比优选为2：1。
4.如权利要求2所述的雪花状氧化铁纳米结构超级电容器材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，水溶性铁盐、尿素、氟化铵的摩尔比优选为5：1：1。
5.如权利要求2所述的雪花状氧化铁纳米结构超级电容器材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，水溶性铁盐为氯化铁或硝酸铁。
6.如权利要求2所述的雪花状氧化铁纳米结构超级电容器材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，硼氢化钠的加入量与氟化铵的摩尔比为1：4。
7.如权利要求2所述的雪花状氧化铁纳米结构超级电容器材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，优选的，干燥温度为80℃，时间为10小时。
8.如权利要求2所述的雪花状氧化铁纳米结构超级电容器材料的制备方法，其特征在于，雪花状氧化铁纳米结构的超级电容器材料的技术参数和指标如下：其形貌为典型雪花状结构，即分别有六个四面体棱柱紧密结合组成，每个棱柱边长180～220纳米，高0.5～2微米。
9.如权利要求1至8之一所述方法制备的雪花状氧化铁纳米结构超级电容器材料的应用，其特征在于，雪花状氧化铁作为超级电容器电极材料。
10.如权利要求9所述的雪花状氧化铁纳米结构超级电容器材料的应用，其特征在于，当充放电电流密度从1A/g增加至20A/g时，其比电容分别高达809F/g和303F/g。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN110203976A (zh) * | 2019-05-16 | 2019-09-06 | 中北大学 | 快速合成雪花状ZnCo2O4-ZnO复合电级材料的制备方法 |
| CN115159584A (zh) * | 2022-07-07 | 2022-10-11 | 重庆邮电大学 | 一种镍诱导中空核桃状/球状三氧化二铁的制备方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104876280A (zh) * | 2015-04-17 | 2015-09-02 | 济南大学 | 一种两相溶剂热法制备四氧化三铁微米球的方法 |
| CN106783196A (zh) * | 2016-11-11 | 2017-05-31 | 中山大学 | 一种多面体三氧化二铁纳米材料的制备方法 |
-
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Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104876280A (zh) * | 2015-04-17 | 2015-09-02 | 济南大学 | 一种两相溶剂热法制备四氧化三铁微米球的方法 |
| CN106783196A (zh) * | 2016-11-11 | 2017-05-31 | 中山大学 | 一种多面体三氧化二铁纳米材料的制备方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 李慎重: ""乙二醇辅助水热法合成氧化物纳米结构及表征"", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库（电子期刊）工程科技I辑》 * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110203976A (zh) * | 2019-05-16 | 2019-09-06 | 中北大学 | 快速合成雪花状ZnCo2O4-ZnO复合电级材料的制备方法 |
| CN115159584A (zh) * | 2022-07-07 | 2022-10-11 | 重庆邮电大学 | 一种镍诱导中空核桃状/球状三氧化二铁的制备方法 |
| CN115159584B (zh) * | 2022-07-07 | 2023-06-06 | 重庆邮电大学 | 一种镍诱导中空核桃状/球状三氧化二铁的制备方法 |
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