[发明专利]一种多金属氧化物/石墨碳纳米棒阵列及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种多金属氧化物/石墨碳纳米棒阵列及其制备方法和应用。一种多金属氧化物/石墨碳纳米棒阵列，所述多金属氧化物/石墨碳纳米棒阵列中多金属氧化物与石墨碳的质量比为1~10:1；所述多金属氧化物选自Fe、Co、Ni和Mn中的两种或三种本发明利用水热法在金属基体上实现多金属氧化物/石墨碳纳米棒阵列的可控合成，并可以很好地调控纳米棒阵列结构，工艺简单，适合规模化或工业化生产；制备得到的多金属氧化物/石墨碳纳米棒阵列可显著提高金属氧化物的导电性，提高电活性物种的传输速度，同时可以很好地抑制电极材料的团聚，提高电极材料的性能，具有优越的超电容性能。

技术领域

本发明涉及超级电容器电极材料领域，更具体地，涉及一种多金属氧化物/石墨碳纳米棒阵列及其制备方法和应用。

背景技术

随着社会经济的发展、环境污染的日益加剧和不可再生能源资源的不断消耗，迫切需要提高能源的利用率和开拓新能源以保证人类可持续发展，而这些离不开电化学储能的发展。电化学储能将成为今后新兴产业中持续关注的重点和热点。超级电容器是一种新型电化学储能器件，其性能介于电池与传统电容器之间，具有充放电速度快、功率密度高、循环寿命长、对环境无污染等优点，是本世纪最有希望的绿色能源之一。

超级电容器的关键部件是电极材料，它的性能决定着超级电容器的性能。由于廉价、电容性能高等优点，过渡金属氧化物作为超级电容器电极材料已引起了科学家们的广泛关注。若合成一种多金属氧化物/石墨碳纳米棒阵列，能显著提高金属氧化物的比表面积和离子传输性能，并可充分发挥多金属氧化物中丰富的界面优势和协同效应，从而可得到低成本、高性能的复合电极材料。多金属氧化物/石墨碳纳米棒阵列目前文献报道较少，是前沿研究领域。通过水热方法合成多金属氧化物/石墨碳纳米棒阵列电极，在电化学储能领域（超级电容器）将有很好的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中多金属氧化物/石墨碳纳米棒阵列的研究空白，提供一种多金属氧化物/石墨碳纳米棒阵列。本发明利用水热法制备得到的多金属氧化物/石墨碳纳米棒阵列的可显著提高金属氧化物的导电性，提高电活性物种的传输速度，同时可以很好地拟制电极材料的团聚，提高电极材料的性能。

本发明的另一目的在于提供上述多金属氧化物/石墨碳纳米棒阵列在电化学储能产品中的应用。

为实现上述发明目的，本发明采用如下如下技术方案：

一种多金属氧化物/石墨碳纳米棒阵列，所述多金属氧化物/石墨碳纳米棒阵列中多金属氧化物与石墨碳的质量比为1~10:1；所述多金属氧化物选自Fe、Co、Ni和Mn中的两种或三种，所述多金属氧化物/石墨碳纳米棒阵列通过如下方法制备得到：

S1：将二羧酸类碳源与混合金属盐混合物溶于二甲基亚砜-乙醇-水组成的混合溶剂中，搅拌均匀；

S2：于70~90℃水热反应1~15h得到多金属有机框架MOF；

S3. 将多金属框架于800~1200℃下热处理1~10h，即制备得到多金属氧化物/石墨碳纳米棒阵列。

本发明提供的水热法能在金属基体上实现多金属氧化物/石墨碳纳米棒阵列的可控合成，并可以很好地调控纳米棒阵列结构。其中，二羧酸类碳源比较好的配体，有利于制备孔隙均匀、比表面积较大的MOF结构，二甲基亚砜-乙醇-水组成的混合溶剂可更好地对对产物的形貌进行调控；最终得到的多金属氧化物/石墨碳纳米棒阵列的可显著提高金属氧化物的导电性，提高电活性物种的传输速度，同时可以很好地抑制电极材料的团聚，提高电极材料的性能，具有优越的超电容性能。