[发明专利]一种锰铈复合电极材料及其制备方法和光辅助增容应用

说明书

本发明公开了一种锰铈复合电极材料及其制备方法和光辅助增容应用，属于电化学、无机半导体材料和太阳能利用技术领域。该复合电极材料由原位生长的锰基材料和吸光半导体材料耦合而成。采用多步原位生长工艺获得的复合电极材料，在光照条件下能够显著增加复合电极材料的电容，解决了电极材料一旦成型电容就无法改变的难题，可应用于新型超级电容器和太阳能的高效利用。

技术领域

本发明涉及电化学、无机半导体材料和太阳能利用技术领域，具体涉及一种锰铈复合电极材料及其制备方法和光辅助增容应用。

背景技术

随着化石燃料的不断消耗和环境污染的加剧，提高电化学能量转换和储存能力是应对能源危机的重要手段。电化学超级电容器因其高功率密度和超长循环寿命的优点而非常有前途。然而，较低的能量密度限制了其实际应用。因此，对于研究新的电极材料或结构以实现高能量密度装置极为重要。

近年来的研究发现：许多半导体材料，如WO₃、Cu₂O和V₂O₅等，即可作为一种赝电容材料，也可作为光电化学系统中的光吸收材料，为多场下的新型电极材料的设计提供了很好的思路。在这些电极材料系统中，当光吸收材料经光激发将会产生光生电子与空穴，如果能有效的利用光生电子与空穴，将有可能在一定程度上调整电容器电极行为，调控其储能能力。

目前，赝电容电极材料研究较多的体系主要集中在金属氢氧化物或氧化物，这些材料体系可以通过可逆的电荷转移反应产生更高的电容。但这类赝电容材料通常对可见光的吸收性能往往不足，不能有效地捕获太阳能。如果将具有良好吸光特性的半导体材料与与赝电容材料耦合起来，那将有可能发展出具有优异光捕获性能的新型超级电容器电极材料，从而发展出新型的多场超级电容器以及光电器件。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锰铈复合电极材料及其制备方法和光辅助增容应用，该复合电极材料由原位生长的锰基材料和吸光半导体材料耦合而成。采用多步原位生长工艺获得的复合电极材料，在光照条件下能够显著增加复合电极材料的电容，解决了电极材料一旦成型电容就无法改变的难题，可应用于新型超级电容器和太阳能的高效利用。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种锰铈复合电极材料，该复合电极材料由原位生长的锰基材料和吸光半导体材料耦合而成，在光照条件下能够显著增加复合电极材料的电容。

所述锰铈复合电极材料中的锰基材料为MnO₂、Mn₃O₄、Mn₂O₃及其混合物，吸光半导体材料为铈基材料(CeO₂、Ce₂O₃、CeO_2-x及其混合物)，锰基材料与基底、铈基材料与锰基材料均通过原位生长的方式复合。

所述锰铈复合电极材料空间构成为铈基材料修饰附着于锰基材料表面，锰基材料生长附着于导电电极基底上，锰基材料为纳米线形貌，纳米线直径在5-60nm，长度1-1000μm，吸光半导体材料氧化铈为颗粒状形貌，尺寸在2-100nm。

所述锰铈复合电极材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)基底清洗：将电极基底依次用丙酮、硝酸、去离子水和无水乙醇清洗，去除表面氧化物、油渍等杂质，然后置于真空干燥箱内60℃干燥12-24h；

(2)原位生长锰基材料：将经清洗的基底置于锰盐反应前驱体溶液，在150-200℃保温6-24h；反复洗涤所得产物，在60℃的烘箱中干燥18-24h，得到在电极上原位生长的锰基材料；

(3)二次原位生长铈基材料：将经步骤(2)获得的材料置于铈盐溶液中在90-200℃保温8-12h；反复洗涤所得产物，在60℃的烘箱中干燥18-24h，即得到所述的锰铈复合电极材料。