[发明专利]一种制备水合氧化物的高温蒸汽热解法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及材料制备方法，具体涉及制备水合氧化物的高温蒸汽热解法及其应用。

背景技术

近年来，某些过渡金属氧化物因具有良好的电化学电容性能而受到电能储存领域的广泛关注。这些过渡金属氧化物主要表现为高比电容、大功率以及长循环寿命特性。金属氧化物的电荷储存原理是基于氧化还原反应。因此，氧化物的电容也称之为法拉第电容或赝电容。理论上金属氧化物的赝电容要比碳材料(双电层电容)高10～100倍。

金属氧化物作为超级电容器电极材料，受制备技术及工艺条件的影响很大。这主要是因为采用不同的制备工艺和方法，所得到的金属氧化物具有不同的结构特征。氧化物的结构大致有三种情况，晶态结构，非晶态结构，以及非晶态水合结构氧化物。在这三种结构中，以非晶态水合结构的氧化物的电容性能最为突出。以RuO₂为例，晶态结构RuO₂的比电容约为50～100F/g，非晶态非水合结构RuO₂的比电容约为100～300F/g，而非晶态水合RuO₂可获得高于720F/g的比电容。现有技术中，制备非晶态水合氧化物的方法主要有溶胶凝胶法和化学沉淀法。优点是通过严格控制工艺参数，可获得高比表面，且具有特殊形貌的非晶态结构水合氧化物。缺点是存在工艺复杂、条件苛刻等不利因素，因此作为工业生产还是受到一定的限制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种简单有效地制备水合氧化物的方法。在水合氧化物的制备过程中，存在金属盐的分解和氧化，而金属盐的分解和氧化过程是在高温蒸汽和氧气环境中进行，因此本发明提供的水合氧化物的制备方法可称之为高温蒸汽热解法。采用本发明提供的方法可制备出各类水合氧化物以及薄膜水合氧化物。该方法可应用于超级电容制造领域，作为制备超级电容器电极材料的制备方法。

为达到上述的目的，本发明采用如下技术方案：

一种制备水合氧化物的高温蒸汽热解法，包括如下步骤：

1)溶液配制：将金属盐溶解到有机溶剂或无机溶剂中，制得前躯体溶液；

2)高温蒸汽热氧化：将上述前躯体溶液置于气氛炉内，进行热分解，热分解过程是在含有高温水蒸气和氧气气氛环境中进行，温度在250℃-450℃范围内，保温1-3小时，待金属盐转变为水合氧化物后，取出空冷至室温，得到粉末形式的水合氧化物材料。

将步骤1)所述的前躯体溶液涂刷于导电基材表面，采用红外灯烘干固化后再进行步骤2)的高温蒸汽热氧化，制得薄膜形式的水合氧化物材料。

所述有机溶剂为乙醇、异丙醇、正丁醇中的至少一种。

所述无机溶剂为蒸馏水、去离子水、98％浓盐酸中的至少一种。

所述金属盐为三氯化钌、四氯化锡、氯化亚锡、氯化钴、五氯化钽、氯化锆、氯化锰、三氯化钛、氯化铪、四氯化铱、氯铱酸、烷氧基锡中的至少一种。

所述导电基材为钛、钒、锆、钽、不锈钢、镍、碳材料中的一种。

一种水合氧化物的高温蒸汽热解法的应用，所述该制备方法应用于超级电容器制造领域，作为制备高电容性能的水合氧化物电极材料的方法。

本发明的有益效果是：本发明的方法可制备具有粉体形式的水合氧化物，也可以制备具有非晶态水合结构的氧化物薄膜材料；本发明制备的水合氧化物是制备高性能氧化物超级电容器的优秀材料。另外很重要的是，本发明公开的制备方法简单实用、周期短、可重复性强，适合于工业化生产应用。

具体实施方式

以下所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的等同变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

实施例1

以粉末形式的水合氧化钌材料(RuO₂·0.3H₂O)以及具有薄膜形式的水合氧化钌材料(Ti/RuO₂·0.28H₂O)的制备为例，实施本发明，步骤如下：

1)将三氯化钌溶解到无水乙醇中，在溶解过程中加入少量的98％浓盐酸，使得溶液成弱酸性，然后采用机械搅拌均匀，制得三氯化钌前躯体溶液；

2)将三氯化钌前躯体溶液置于气氛炉中，进行热分解，热分解过程是在含有高温水蒸气和氧气气氛环境中进行；蒸汽热解温度为300℃，在进行高温蒸汽热解1小时后，取出空冷至室温，即制得粉末形式水合氧化钌材料(RuO₂·0.3H₂O)。