[发明专利]一种γ-Fe2O3纳米材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于超级电容器领域，具体涉及一种γ–Fe₂O₃纳米材料及其制备方法和应用。本发明制备γ–Fe₂O₃纳米材料的方法具体如下：首先将六水合氯化铁和尿素加入到丙三醇水溶液中混匀，水热反应得到甘油酸铁的前驱体；然后将甘油酸铁前驱体洗涤、离心、真空干燥，得到甘油酸铁；最后将甘油酸铁在管式炉的空气氛围中进行热处理，得到γ–Fe₂O₃纳米材料。本发明制备的γ–Fe₂O₃纳米材料粒径小，比表面积大，将其应用于超级电容器中时，具有较大的放电比容量及良好的循环稳定性。本发明的制备方法成本低，简单易行、流程较短、操作易控，有望用于生产中。

技术领域

本发明属于超级电容器领域，具体涉及一种γ–Fe₂O₃纳米材料及其制备方法和应用。

背景技术

超级电容器是一种弥补了传统电容器低能量密度和传统蓄电池低功率密度劣势的电化学电容器，其作为一种新型绿色环保的储能器件，可将其应用于国防科技、航空航天以及电动汽车等方面，并且已经引起了科研人员的广泛关注。根据电荷存储方式，超级电容器可以分为两类：双电层电容器和赝电容器。双电层电容主要是依靠静电吸引电解液中的正负离子，使正负离子分别向两个电极移动，从而形成双电层；当移去电压后，吸附在电极材料两端的电子又恢复到杂乱无规则状态，能量得以释放。这类电容器电极材料主要是碳材料，包括：碳纳米管、碳纤维、碳气凝胶、石墨烯等。但双电层电容器电极材料在储存电荷时仅靠静电吸引，并未涉及化学反应，因此放电比容量较小；而赝电容器主要是靠在电极材料表面或近表面发生快速的法拉第氧化还原反应，使电荷得以存储并释放，因此具有更高的放电比容量，其电极材料主要为金属氧（硫）化物和导电聚合物。

在上述两种电极材料中，导电聚合物主要包括：聚吡咯（PPy）、聚苯胺（PANI）、聚噻吩等；而金属氧化物主要包括：铁类氧化物（Fe₂O₃、Fe₃O₄、FeO等）、锰类氧化物（Mn₂O₃、Mn₃O₄、MnO等）、钴类氧化物（Co₂O₃、Co₃O₄、CoO等）以及稀有金属氧化物氧化钌（RuO₂）等。而稀有金属氧化物氧化钌（RuO₂）具有毒性且价格高昂，不适合大规模使用；而铁类金属氧化物相对于其它金属氧化物（Mn、Co、Ni、Ti）而言，价格更加低廉、来源更加丰富，为地壳中仅次于铝的含量第二高的金属元素，因此铁的氧化物具有成本低，资源丰富，环境友好等特点，被广泛用作赝电容器的替代电极材料。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，如：合成工艺复杂，原材料昂贵，所制得样品形貌不均一等，本发明提供了一种棒状甘油酸铁转化成的γ–Fe₂O₃纳米材料的制备方法。

具体的，本发明采用如下的技术方案：

（1）合成甘油酸铁的前驱体：

将丙三醇和水两种溶剂混合均匀，依次加入六水合氯化铁和尿素，搅拌均匀后转移至高温高压反应釜中，在水热条件下反应，得到甘油酸铁的前驱体；

（2）制备甘油酸铁：

将甘油酸铁前驱体用去离子水和乙醇进行洗涤，离心、真空干燥，得到绿色粉末，即为甘油酸铁；

（3）制备γ–Fe₂O₃纳米材料：

将步骤（2）中的甘油酸铁在管式炉的空气氛围中进行热处理，得到γ–Fe₂O₃纳米材料。