[发明专利]纳米晶氧化铜/铁氧体复合多孔纤维电极材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于微纳米结构电极材料及其制备和应用技术领域，尤其涉及一种可用作超级电容器电极材料的氧化铜/铁氧体复合多孔纤维材料及其制备方法和应用。

背景技术

氧化铜（CuO）和尖晶石型铁氧体（RFe₂O₄，R为Cu、Zn、Co、Mn、Ni等）都是良好的半导体材料，在固体氧化物燃料电池、催化剂、传感器、光电转换、锂离子电池负极材料等领域已有广泛的研究和应用。近年来，许多研究者合成了一系列不同形貌的CuO和RFe₂O₄，并对其在超级电容器中的应用进行了研究，如Sun等以硝酸铜和活性炭为原料，采用化学沉积法制备了CuO掺杂的混合型超级电容器，电容器比容量达到210F/g[Sun Guohua et.Physical and electrochemical characterization of CuO-doped activated carbon in ionic liquid,Electrochim.Acta.,2010,55,2667–2672]。Zhang等制备的花状纳米结构CuO也具有良好的电容能力，其电容量达到133.6F/g[Zhang Hongxia et.Preparation of flower-like CuO by a simple chemical precipitation method and their application as electrode materials for capacitor,Mater.Res.Bull.,2008,43,3221–3226]。V.D.Patake等采用电沉积法在不锈钢板上沉积氧化铜薄膜，以硫酸钠为电解质时其最大比容量可达36F/g[V.D.Patake et.,Electrodeposited porous and amorphous copper oxide film for application in supercapacitor,Mater.Chem.Phys.,2009,114,6–9]。Wang等在泡沫镍上直接生长氧化铜纳米片用作电极，其比容量最高可达569F/g[Wang guiling et.,Preparation and supercapacitance of CuO nanosheet arrays grown on nickel foam,J.Power Sources,2011,196,5756–5760]。另外，张等通过液相反应法合成的花状氧化铜，其比容量可达115F/g[Zhang Hongxia et.,Synthesis of CuO nanocrystalline and their application as electrode materials for capacitors,Mater.Chem.Phys.2008,108,184–187]。

尽管氧化铜在超级电容器方面的研究已初现端倪，但现有技术的氧化铜电极材料的比容量相对偏低，离工业化生产还有一定的差距，且首次充放电过程不可逆限制了其应用。另外，不同形貌和组成的氧化铜材料其电化学性能相差很大。因此，开发一种制备方法简单、制备活性高、稳定性能好的电化学材料很有必要。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种孔隙率高、晶粒细小、具有更高的比表面积和电子传输能力的纳米晶氧化铜/铁氧体复合多孔纤维电极材料，还相应提供一种步骤简单、成本低、生产效率高、可控性强的纳米晶氧化铜/铁氧体复合多孔纤维电极材料的制备方法，并提供一种纳米晶氧化铜/铁氧体复合多孔纤维电极材料在制备超级电容器中的应用，制备的超级电容器将具有更高的比容量和良好的循环充放电性能。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种纳米晶氧化铜/铁氧体复合多孔纤维电极材料，所述纤维电极材料主要由氧化铜和尖晶石型铁氧体两相复合而成，所述纤维电极材料的化学式表示为：

CuO/xRFe₂O₄；

上式中，x=10～40at.%，R为Cu、Zn、Co、Mn、Ni中的一种或多种（x是指的复合材料中铁氧体占铁氧体与氧化铜总摩尔数的百分比）；

所述氧化铜和尖晶石型铁氧体的晶粒大小为纳米级，所述纤维电极材料的纤维直径在微米级。

上述的纳米晶氧化铜/铁氧体复合多孔纤维电极材料中，优选的，所述氧化铜的晶粒大小为20nm～40nm，所述尖晶石型铁氧体的晶粒大小为30nm～55nm。