【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于超級電容器領域，具體涉及一種具有se空位的復合納米陣列材料、電極、超級電容器及其制備方法。
技術介紹
1、隨著環境污染和化石燃料消耗問題的日益嚴峻，使人們對具有高功率和高能量密度的能量儲存系統的需求不斷增加。超級電容器作為一種新型的便攜式儲能設備，具有循環壽命長、能量轉換效率高、功率密度高、安全系數高、易于檢測以及生產過程中沒有環境污染等優點，為能源的儲存提供了新的研究方向。
2、電極材料作為超級電容器的核心部分，其性能的發揮會直接影響超級電容器的性能以及應用領域。因此，開發高性能電極材料是提高超級電容器電化學性能最有效的途徑，也是實現超級電容器商業化應用最直接的途徑。
3、在眾多的電極材料中，以過渡金屬硒化物為代表的過渡金屬化合物因其贗電容儲能方式能提供較高的理論容量而備受關注。nico雙金屬化合物作為一種二元金屬化合物，由于鈷和鎳陽離子的相似電位窗口有利于在電化學過程中提供多種氧化還原反應，使其具有較高的理論比容量，已成為目前理想的電極候選材料之一。并且已有研究表明，雖然通過微納結構設計在泡沫鎳表面構建的conise2用作具有se空位的復合納米陣列材料具有良好的比容量，但其會導致在電化學測試過程中容易發生團聚，活性位點在循環過程中逐漸減少，并且團聚后的納米顆粒在充放電過程中會發生體積收縮/膨脹，從而降低了conise2電極材料的電化學性能。
技術實現思路
1、有鑒于此，本專利技術針對現有nico硒化物在制備過程中嚴重團聚、堆疊情況及結構不穩
2、為了實現上述目的，本專利技術采用如下技術方案：
3、本專利技術的第一個技術目的是提供一種具有se空位的復合納米陣列材料，所述電極材料為具有se空位的cuo@nico-se復合納米陣列電極材料，也即vse-cuo@nico-se電極材料。
4、本專利技術的第二個技術目的是提供一種如上所述的具有se空位的復合納米陣列材料的制備方法，所述方法具體包括如下步驟：
5、(1)?cuo納米棒陣列的制備：
6、首先對泡沫銅cf進行預處理，然后分別配置naoh溶液和(nh4)2s2o8溶液，再將(nh4)2s2o8溶液緩慢倒入naoh溶液中并持續攪拌，混合得混合溶液；室溫下將預處理的泡沫銅cf傾斜浸泡于混合溶液中，浸泡好后將泡沫銅cf用乙醇和去離子水進行清洗并在真空干燥，隨后將獲得的cu(oh)2退火得到cuo納米棒陣列；
7、(2)?cuo@nico-se納米陣列的制備：
8、將步驟（1）制備的cuo納米棒陣列作為工作電極，hg/hgo為參比電極，鉑片為對電極，將ni(no3)2·6h2o、co(no3)2·6h2o和seo2的混合溶液作為電解液，在電化學工作站上通過循環伏安法在cuo表面沉積nico-se，用乙醇和去離子水清洗并在真空干燥，獲得cuo@nico-se納米陣列；
9、(3)?具有se空位的cuo@nico-se納米陣列?(vse-cuo@nico-se)的制備:
10、將步驟（2）制備的cuo@nico-se納米陣列材料浸泡在kbh4溶液中以產生se空位，用乙醇和去離子水清洗，并真空干燥，得到vse-cuo@nico-se納米陣列，也即所述的具有se空位的復合納米陣列材料。
11、可選地，步驟(1)中，對cf進行預處理的具體操作流程如下：
12、將尺寸為1.0?cm×3.0?cm的cf分別用丙酮、3?m鹽酸、乙醇依次超聲清洗10-20min，然后用去離子水進行3-5次沖洗，最后將cf放置于真空干燥箱中55-65℃干燥過夜。
13、進一步地，步驟(1)中，naoh溶液和(nh4)2s2o8溶液的摩爾比為20:1，泡沫銅cf傾斜浸泡時間為5-20?min，真空干燥溫度為55-65℃，干燥過夜。
14、更進一步地，步驟(1)中，獲得的cu(oh)2置于馬弗爐中以2-5℃?min-1的升溫速率在300-350℃下退火2-3?h得到cuo納米棒陣列。
15、可選地，步驟(2)中，電解液為等摩爾比的ni(no3)2·6h2o、co(no3)2·6h2o和seo2的混合溶液，混合溶液的濃度為0.05-0.1?m。
16、進一步地，步驟（2）中，在-1.2至-0.2?v電壓范圍內以5-10?mv?s-1的掃描速率，循環5-20圈獲得cuo@nico-se納米陣列；真空干燥溫度為55-65℃，干燥過夜。
17、可選地，步驟(3)中，kbh4溶液的濃度為0.05-0.2?m，浸泡時間為1-5?min；真空干燥溫度為55-65℃，干燥過夜。
18、本專利技術的第三個技術目的是提供一種超級電容器電極，所述超級電容器電極中的電極材料包括如上所述的具有se空位的復合納米陣列材料。
19、本專利技術的第四個技術目的是提供一種超級電容器，其含有如上所述的具有se空位的復合納米陣列材料；或含有如上所述方法制備的具有se空位的復合納米陣列材料；或含有如上所述的超級電容器電極。
20、與現有技術相比，本專利技術的有益效果是：
21、1、在多孔導電cf集流體上通過浸漬法合成cu(oh)2納米棒，進一步退火合成cuo納米棒陣列，cu(oh)2納米棒在cf基底上均勻并且規則地分布。經過退火后形成的cuo納米棒與cu(oh)2的形貌幾乎一致，只是出現稍微的卷曲，納米棒結構有利于電子的快速傳輸和離子的擴散，提高電極材料整體的電化學性能。此外，沒有粘結劑添加的電極結構的設計可以加快基底表面與活性材料之間的電荷轉移過程。獲得的cuo納米棒電極材料在3?a?g-1的電流密度下，比容量可達523?f?g-1。
22、2、本專利技術通過在cuo納米棒上沉積coni-se電極材料，解決了coni-se粉末材料在制備過程存在的嚴重團聚、堆疊情況。此外，在光滑的納米棒表面沉積了一層納米片，其表面變得粗糙，這種粗糙的表面有利于暴露更多的活性位點，從而提高了電極材料的電化學性能。獲得的cuo@nico-se納米陣列電極材料在3?a?g-1的電流密度下，比容量可達1477?fg-1，是cuo納米棒電極比容量的3倍。此外，直接在cf上沉積coni-se電極材料，其表面發生沉積團聚現象，且cf@nico-se在3?a?g-1的電流密度下，比容量僅為665?f?g-1。
23、3、空位生成過程中伴隨著一系列的物理和化學變化，如舊鍵斷裂和新鍵形成、晶格畸變、電子補償、電子局域化以及費米能級的間隙態等，因此空位會影響材料的電子結構以及離子擴散動力學。此外，空位充當電子供體或受體促進電子在材料內部的運動提高材料的電導率，并且空位產生額外的活性電荷儲存位點，增強電極材料的電荷儲存能力。因此se空位的引入能夠增加電極材料的本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種具有Se空位的復合納米陣列材料，其特征在于，所述電極材料為具有Se空位的CuO@NiCo-Se復合納米陣列電極材料，也即VSe-CuO@NiCo-Se電極材料。
2.一種如權利要求1所述的具有Se空位的復合納米陣列材料的制備方法，其特征在于，所述方法具體包括如下步驟：
3.根據權利要求2所述的具有Se空位的復合納米陣列材料的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，對CF進行預處理的具體操作流程如下：
4.根據權利要求2或3所述的具有Se空位的復合納米陣列材料的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，NaOH溶液和(NH4)2S2O8溶液的摩爾比為20:1，泡沫銅CF傾斜浸泡時間為5-20min，真空干燥溫度為55-65℃，干燥過夜。
5.根據權利要求2或3所述的具有Se空位的復合納米陣列材料的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，獲得的Cu(OH)2置于馬弗爐中以2-5℃?min-1的升溫速率在300-350℃下退火2-3?h得到CuO納米棒陣列。
6.根據權利要求2所述的具有Se空位的復合納米陣列材料的制備方法，其特征在
7.根據權利要求2或6所述的具有Se空位的復合納米陣列材料的制備方法，其特征在于，步驟（2）中，在-1.2至-0.2?V電壓范圍內以5-10?mV?s-1的掃描速率，循環5-20圈獲得CuO@NiCo-Se納米陣列；真空干燥溫度為55-65℃，干燥過夜。
8.根據權利要求2所述的具有Se空位的復合納米陣列材料的制備方法，其特征在于，步驟(3)中，KBH4溶液的濃度為0.05-0.2?M，浸泡時間為1-5?min；真空干燥溫度為55-65℃，干燥過夜。
9.一種超級電容器電極，其特征在于，所述超級電容器電極中的電極材料包括如權利要求1所述的具有Se空位的復合納米陣列材料。
10.一種超級電容器，其特征在于，含有如權利要求1所述的具有Se空位的復合納米陣列材料；或，如權利要求2-8任一項所述方法制備的具有Se空位的復合納米陣列材料；或，如權利要求9所述的超級電容器電極。
...【技術特征摘要】
1.一種具有se空位的復合納米陣列材料，其特征在于，所述電極材料為具有se空位的cuo@nico-se復合納米陣列電極材料，也即vse-cuo@nico-se電極材料。
2.一種如權利要求1所述的具有se空位的復合納米陣列材料的制備方法，其特征在于，所述方法具體包括如下步驟：
3.根據權利要求2所述的具有se空位的復合納米陣列材料的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，對cf進行預處理的具體操作流程如下：
4.根據權利要求2或3所述的具有se空位的復合納米陣列材料的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，naoh溶液和(nh4)2s2o8溶液的摩爾比為20:1，泡沫銅cf傾斜浸泡時間為5-20min，真空干燥溫度為55-65℃，干燥過夜。
5.根據權利要求2或3所述的具有se空位的復合納米陣列材料的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，獲得的cu(oh)2置于馬弗爐中以2-5℃?min-1的升溫速率在300-350℃下退火2-3?h得到cuo納米棒陣列。
6.根據權利要求2所述的具有se空位的復合納米陣列材料的制備方法，...
【專利技術屬性】
技術研發人員：徐智慧，郝月，李學磊，阿如罕，劉景順，劉育，李青文，
申請(專利權)人：內蒙古工業大學，
類型：發明
國別省市：
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