[发明专利]一种有序多孔结构RuO2材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及超级电容器、锂空气电池的材料技术领域，具体涉及一种有序多孔结构RuO₂材料及其制备方法。

背景技术

RuO₂在超级电容器和锂空气电池领域，有重要的作用和优异的表现。RuO₂作为超级电容器的电极材料时，具有非常高的比电容(768F/g)，是目前最理想的超级电容器电极材料之一。

而作为锂空气电池电极材料时，RuO₂能表现出优异的电催化活性，能有效降低电池的过电压。

如果将RuO₂制成多孔结构，能增大材料的比表面积，从而增加材料与电解液的接触面积。对于超级电容器而言，高比表面积能有效地增大比电容值；对于锂空气电池而言，高比表面积能提高RuO₂的催化效果。此外，多孔结构有利于电解液在孔道内的传输，使电解液能深入电极材料内部，从而提高超级电容器或电池的倍率性能。

目前用SiO₂硬模板法制备有序多孔结构RuO₂材料还未见相关文献报道。

发明内容

本发明目的在于将RuO₂材料制备成一种不含碳元素的高比表面积的有序多孔材料。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种有序多孔结构RuO₂材料，以SiO₂纳米球密堆积形成的块体作为硬模板，用Ru的可溶性盐溶液(如RuCl₃的乙醇溶液)在模板空隙内反复填充RuO₂并在300～600℃条件下退火，用HF或NaOH除掉SiO₂，最后得到有序多孔结构的RuO₂。所述的有序多孔RuO₂复制了SiO₂纳米球的尺寸，孔的尺度在10～300nm。

一种有序多孔结构RuO₂材料的制备方法，具体包括以下步骤：

1.将10％wt的SiO₂纳米球/水分散液(纳米球直径为10nm～300nm)，倒入培养皿中静置挥发诱导自组装形成密堆积的块体，每个块体尺寸在mm到cm量级，如1mm到1cm左右。

2.将步骤1中得到的块体，在空气下600～1000℃退火，在保留块体内部孔隙的前提下，尽可能提高块体强度，得到用于填充RuO₂的硬模板。

10nm～20nm SiO₂纳米球密堆积块体的最佳退火温度为600-650℃，50nm～300nm SiO₂纳米球密堆积块体的最佳退火温度为800±50℃，能在保持孔隙率的前提下，最大程度上提高模板的强度。

3.将步骤2中得到的SiO₂模板放在培养皿中，用Ru的可溶性盐溶液(如RuCl₃的乙醇溶液，浓度为每2～7mL溶液中，含有0.38g Ru元素)滴加到硬模板上，每500mg硬模板，滴加0.2mL溶液，待溶液完全挥发后，继续滴加，重复4～5次，在模板孔隙内填充Ru盐。

4.将步骤3中得到的填充Ru盐的模板，在空气下用300～600℃退火，退火时间30-120min，使Ru盐氧化为RuO₂。其中前面滴加可溶性Ru盐溶液后的退火温度为300℃，最后一次退火温度可以达到400～600℃，时间同上，使反应充分，得到RuO₂晶体。

5.重复步骤3和步骤4，滴加填充RuO₂并退火的次数应为15～20次，直至模板质量基本不再增加，尽量将模板填充满。

6.用室温下的10wt％HF溶液，或80℃2M的NaOH溶液加快反应速度，浸泡步骤5得到的填充RuO₂的模板12～24小时，除掉SiO₂模板，用去离子水反复清洗，最后晾干，得到有序多孔结构的RuO₂材料。

本发明的有益效果在于：1)得到的有序多孔RuO₂材料具有高的比表面积，孔径尺寸可调，结构稳定。

2)有序多孔结构的RuO₂具有更好的催化活性，用于制备超级电容器、锂空气电池的材料公认可有更好的性能。

附图说明

图1和图2为不同孔径的有序多孔RuO₂的透射电子显微镜照片；