[发明专利]用于超级电容器的钼掺杂四氧化三钴及其制备方法

说明书

本发明公开了一种用于超级电容器的钼掺杂四氧化三钴及其制备方法。所述方法先将硝酸钴和钼酸钠溶于水中，然后加入硝酸钾或氯化钾，再将混合溶液进行电沉积反应，得到前驱体，最后将前驱体在空气下、300～450℃下煅烧得到钼掺杂四氧化三钴。本发明制得的钼掺杂四氧化三钴具有三维网状结构和良好的导电性，具有较短的离子传输距离，有利于氢氧根离子的扩散和电荷的转移，从而提高其比容量和倍率性能。

技术领域

本发明属于超级电容器电极材料技术领域，涉及一种用于超级电容器的钼掺杂四氧化三钴及其制备方法。

背景技术

超级电容器具有快速充放电速率、高功率密度、较好的循环寿命、安全性更高等优点，被认为是最具潜力的储能装置之一。然而，较低的能量密度限制了其大规模应用及发展。由能量密度公式E＝1/2CV²可知，开发具有高比容量的电极材料和扩宽超级电容器的工作电位窗都可以大大提高其能量密度。电子设备的快速发展使得目前商业化使用的活性炭超级电容器已经不能够满足人们对于能源的需求，因此开发新型正负极材料来提高超级电容器的比容量、倍率、循环稳定性已成为相关研究人员的工作重心。与传统的碳材料相比，赝电容/电池型材料可以与电解质离子发生氧化还原反应，具有较高的比容量，因此研究具有较高可逆比容量及结构稳定性的正极材料对于超级电容器来说具有重要的意义。

过渡金属氧化物如NiO、MnO、CoO、Co₃O₄等具有较高比容量、良好的结构稳定性、制备成本低廉、无毒、元素自然资源丰富等优点，已成为目前研究最为广泛、报道最多的超级电容器正极材料。在这些过渡金属氧化物当中，Co₃O₄作为理想的正极材料，因其具有较高的理论比电容(2404F g^-1)、独特的纳米结构、良好的导电性、环境友好等优点。但是，单金属氧化物Co₃O₄作为电极材料用于超级电容器通常呈现较低的比电容(远远低于理论比电容)，限制了其大规模使用。最近的报道表明，金属掺杂可以有效调整电极材料的带隙以及电导率，从而提高材料的比容量。

目前，许多文献报道了异质原子掺杂钴基材料用于不同领域。如李等人通过水热法合成Mn掺杂Co₃O₄用于超级电容器，其在电流密度1Ag^-1时比电容达到668.4Fg^-1，在6Ag^-1的电流密度下，经过10000圈循环后容量保持率为104％。周等人通过水热及硫化制备了Mo掺杂CoS，其在2Ag^-1比电容为771.5F g^-1。然而上述方法不仅制备步骤太繁琐，而且电化学性能也不太理想。目前报道的钼掺杂四氧化三钴材料主要应用于传感检测领域(1.Kim,T.-H.；Kim,K.B.；Lee,J.-H.,Highly Sensitive and Selective Trimethylamine SensorUsing Yolk-shell Structured Mo-doped Co₃O₄ Spheres.Journal of Sensor Scienceand Technology 2019,28(5),271-276；2.Gao,M.；Lu,X.；Chen,S.；Tian,D.；Zhu,Y.；Wang,C.,Enhanced Peroxidase-like Activity of Mo⁶⁺-Doped Co₃O₄ Nanotubes forUltrasensitive and Colorimetric L-Cysteine Detection.Acs Applied NanoMaterials 2018,1(9),4703-4715.)，未见将其应用于超级电容器领域的报道。高等人通过静电纺丝法制备了Mo⁶⁺掺杂Co₃O₄用于传感检测领域。Kim等人通过超声法制备了Mo掺杂Co₃O₄用于传感。

发明内容