[发明专利]制备高活性超级电容器电极材料纳米氧化铜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米材料的制备方法，尤其是涉及一种制备高活性超级电容器电极材料纳米氧化铜的方法。

背景技术

纳米材料是20世纪80年代发展起来的新型材料，与普通的材料相比，纳米材料具有小尺寸效应、表面与界面效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等特点。纳米材料在磁性、光学、力学、电化学、化学催化等方面都有优异的表现。

电沉积是制备纳米材料的有效方法之一，电沉法积制备纳米材料适合于纳米金属材料，纳米合金材料及复合材料。电沉积方法可以通过控制电流密度、电势区间、电解质溶液的浓度等控制纳米材料的尺寸、形貌和粒径等参数。电沉积制备氧化铜也被许多学者研究了。电沉积制备纳米氧化铜的方法主要有恒电位沉积法，变电位沉积法和恒电流沉积法。其中恒电位法和变电位法应用最广泛，相对而言，恒电流法应用的很少。通过电沉积制备氧化铜主要应用于光电材料、有机物检测和催化剂等领域。相对来说电沉积法制备的氧化铜应用于超级电容器电极研究的较少。

纳米氧化铜做超级电容器电极材料主要是因为氧化铜纳米材料对环境友好，有优良的电化学性能，更重要的是合成氧化铜纳米材料的原料价格低廉。氧化铜做超级电容器电极在充放电过程中电极表面发生了氧化还原反应。在电场的作用下Cu元素在+2价和+1价之间循环转化。不同的方法制备的纳米氧化铜超级电容器性能差别很大。比如Zhang等人制备的球状氧化铜，电化学性能为26F·g^-1，[Zhang，H.；J.Feng；M.Zhang.Materials Research Bulletin，2008.43，3221]。后来Hsu等人合成的菜花状氧化铜比电容达到117F·g^-1[Dubal，D.；D.Dhawale；R.Salunkhe；V.Jamdade；C.Lokhande.Journal of Alloys and Compounds，2010.492，26.]。

中国专利CN103088371A公布了一种纳米铜立方体颗粒的制备方法，在金属板是上沉积立方体型纳米铜，该纳米铜颗粒尺度大，粒径在1微米左右，性质稳定，因此不适合做超级电容器电极材料。中国专利CN102586800A公布了一种纳米铜粉的制备方法，通过液相还原法制备了纳米铜，过程中先是牺牲阳极制备铜前驱体，再高温高压条件下制备了纳米铜，整个制备过程很复杂，对设备要求高，成本高，且制备过程中产生了废液，污染环境。

商业上的氧化铜由于颗粒较大，活性不高等原因导致其不适合超级电容器电极材料。这些都说明寻找新的制备方法，制备不同形貌的纳米氧化铜超级电容器电极意义重大。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种制备高活性超级电容器电极材料纳米氧化铜的方法，该方法采用电沉积技术，制备过程中操作简单，对环境无污染，制备的氧化铜颗粒是纳米尺度，且具有较好的超级电容器性能。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种制备高活性超级电容器电极材料纳米氧化铜的方法，将含铜离子的电解质溶液，在以基底为阴极，以紫铜为阳极的电化学工作站上进行电沉积，得到纳米铜；然后将纳米铜氧化生成可应用于超级电容器电极材料的纳米氧化铜。

含铜离子的电解质溶液为含有硫酸铜、硫酸、硫酸钠及PEG6000的混合溶液，其中，硫酸铜浓度为0.2M-0.8M，硫酸的浓度为0.5-1.5M，硫酸钠的浓度为0-1.5M，PEG6000的重量含量为1％-5％。

作为优选，所述的含铜离子的电解质溶液中，硫酸铜浓度为0.5M，硫酸的浓度为0.5M，硫酸钠的浓度为0.5M，PEG6000的重量含量为2％。

所述的基底为泡沫镍、铜网、不锈钢网或石墨片。

所述的电沉积方法为计时电位法，采用恒电流沉积，且沉积过程使用两电极体系。

计时电位法沉积时，在0.001-0.01A/cm²电流密度下，恒电流沉积10～40分钟。

对纳米铜氧化的方法为：将纳米铜在空气中自然氧化或在浓KOH溶液中氧化。

所述的浓KOH溶液的浓度为5～8M。

对本发明制得的纳米氧化铜的超级电容器性能进行测试。在1M KOH溶液中，以纳米氧化铜为工作电极，Hg/HgO电极为参比电极，镍网为对电极，在电化学工作站上，采用循环伏安法，计时电位法，交流阻抗法测试其电化学性能。

与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：