[发明专利]一种三元钴镍钼氧化物在石墨烯上原位生长的复合材料及其两步合成法

说明书

本发明提供了一种三元钴镍钼氧化物在石墨烯上原位生长的复合材料及其两步合成法，涉及石墨烯与金属氧化物复合材料领域，所述复合材料以石墨烯为基底，所述石墨烯基底上原位生长结合有棒状结构的氧化钴纳米棒；所述氧化钴纳米棒上原位生长结合有棒状结构的镍钼氧化物纳米棒。本发明提供的复合材料，极薄的石墨烯增大了材料的比表面积，增大了活性材料的利用率；石墨烯将氧化钴材料连接在一起，使得材料整体导通，避免了因导电能力弱引起的材料失效情况；层次分明的结构避免了材料的团聚现象，形成了三维疏松多孔的形貌，进一步增大了材料的比表面积，使得材料电容量得以提高。

技术领域

本发明涉及石墨烯与金属氧化物复合材料领域，具体涉及一种三元钴镍钼氧化物在石墨烯上原位生长的复合材料及其两步合成法。

背景技术

随着全球经济的迅猛发展，化石能源的不断消耗以及环境的日益恶化，人们迫切需要找到应对能源与环境双重压迫问题的有效方法，如何进行能源的绿色再生，成了科研工作者研究的首要问题。各种化石能源在地球上的储量严重短缺，据预测，石油在2050年左右将会消耗殆尽，煤炭尚可再用上一百年，而天然气在三十年之后也将不复存在，同样的，使用化石能源带来的环境污染问题也迫使着人们积极寻找新的可替代能源，激发了人们对于高效、清洁的能量转换与存储器件的研究。

超级电容器作为上世纪七八十年代发展起来的新型能量存储系统，经过几十年的不断发展，如今在军事、民用等各个领域都有着优良的应用。与锂电池相比，其功率密度高、充电时间短、使用寿命长、温度特性好，且绿色环保无污染。随着如今纳米技术的飞速发展，超级电容器结合石墨烯等纳米材料的优良特性，也在不断的完善着自身的各项性能。超级电容器分为双电层超级电容器以及赝电容超级电容器，双电层超级电容器主要利用碳材料超高的比表面积，在充放电过程中，为电解液中的离子提供可附着位点，从而形成导电回路，比表面积越大，离子附着的就越多，存储的电荷就越多，容量就越大，经典的双电层超级电容器运用活性炭作为正负极材料，其循环寿命可达百万次级别。赝电容超级电容器主要利用过渡金属氧化物的氧化还原反应来进行电荷的存储，常用有Fe、Co、Ni、Zn、Mn等金属元素，此类型的超级电容器理论容量比双电层超级电容器高，但是循环寿命还有待科研人员的继续研究。以上描述可知，双电层超级电容器使用寿命长，但其容量取决于比表面积；赝电容超级电容器容量大，但其寿命还是研究的一大难点，目前阻碍超级电容器同时满足寿命以及容量要求的一个重要因素就是电极材料性能还达不到要求。

如今，三元材料正在超级电容器中发挥着越来越重要的作用，如中国专利(CN102656650A)用镍和钴的氧化物直接混合制备了镍-钴超级电容器电极材料，该专利阐述了一种改进的电容器，利用过度金属镍和钴的混合金属氧化物，结合粘结剂与碳纳米管，制备了一种优良的超级电容器，比表面积高，且在较高的电压扫描速率下仍然拥有较高的比电容值。但是依然存在以下问题：

1、氧化钴与氧化钴之间具有团聚效应,不利于在电化学反应过程中电解液中的离子进入材料内部，进而不利于进行电荷交换，减少了材料的比表面积，使得材料电容量难以提高；

2、部分材料因为导电性问题而被孤立起来，造成部分材料没有被利用而产生的无效质量；

3、钴与镍钼之间的互相掺杂，使得制备的材料形貌中无定形状态比例增加，影响材料的定型，而且随着材料的电化学反应的进行，不可避免的会使材料体积膨胀或粉化，从而会导致采用该材料制备的超级电容器后期的性能下降严重，影响超级电容器使用寿命。

发明内容

本发明提供一种三元钴镍钼氧化物在石墨烯上原位生长的复合材料及其两步合成法，以解决现有电极材料性能还达不到同时满足寿命以及容量要求的技术问题。

本发明的目的可以通过以下的技术方案来实现：

一种三元钴镍钼氧化物在石墨烯上原位生长的复合材料，所述复合材料以石墨烯为基底，所述石墨烯基底上原位生长结合有棒状结构的氧化钴纳米棒；所述氧化钴纳米棒上原位生长结合有棒状结构的镍钼氧化物纳米棒。