本發明涉及一種形貌可控的摻雜型碳包覆鉬酸鹽基四氧化三鐵花狀復合材料的制備方法。
背景技術：
1、超級電容器作為一種高效的電化學儲能器件，已廣泛應用于汽車、醫療、智能家居等領域。在諸多超級電容器的電極材料中，鉬酸鹽和過渡金屬氧化物中的四氧化三鐵備受關注，這是因為二者均有良好的理論比電容，氧化還原活性等諸多優點，但二者普遍存在導電性低、材料的納米化會增大材料的表面能，導致納米材料極易無序堆積、團聚，同時還易與電解液發生副反應引起結構劣化，使電化學穩定性變差等問題。
技術實現思路
1、本發明是為了解決現有材料比電容低，循環穩定性能較差的問題，而提供了一種形貌可控的摻雜型碳包覆鉬酸鹽基四氧化三鐵花狀復合材料的制備方法。
2、本發明一種形貌可控的摻雜型碳包覆鉬酸鹽基四氧化三鐵花狀復合材料的制備方法是按以下步驟進行：
3、一、微乳液水熱法制備鉬酸鹽：①將正辛烷、正丁醇、十六烷基三甲基溴化銨、硝酸釓溶液、金屬氯化物和去離子水配置成水溶液，磁力攪拌20～60min，得到均相的微乳液；②將na2moo4和去離子水配置成水溶液，磁力攪拌20～60min，得到鉬酸根微乳液；③將均相的微乳液和鉬酸根微乳液在攪拌狀態下混合均勻，磁力攪拌15～30min，然后超聲反應10～25min；反應結束后，轉移至水熱釜中，在溫度為90～150℃條件下水熱反應18～24h后，反應釜自然冷卻至室溫，取出材料，依次采用乙醇和去離子水沖洗3～5次后干燥，對干燥后的材料進行熱處理，得到鉬酸鹽；所述金屬氯化物為氯化鎳、氯化鉀、氯化鐵、氯化鈷、氯化鋅或氯化錳；所述硝酸釓溶液的濃度為0.5～0.6mol/l；步驟①中所述正辛烷與去離子水的體積比為2.5:(20～40)，正丁醇與去離子水的體積比為1.85:(20～40)，十六烷基三甲基溴化銨的質量與去離子水的體積比為1.5g:(20～40)ml，硝酸釓溶液與去離子水的體積比為5:(20～40)，所述金屬氯化物的摩爾比與去離子水的體積比為(0.4～3.5)mmol:(20～40)ml；步驟②所述鉬酸根微乳液中na2moo4的質量分數為2.5～9.6％；步驟③所述均相的微乳液與鉬酸根微乳液的體積比為(0.8～1.2):1；
4、二、將鉬酸鹽、乙酰丙酮鐵和三甘醇混合后磁力攪拌10～15min，轉移至三口燒瓶中，通n2保護并開始加熱，將溫度升至210～230℃保溫10～30min，然后快速升溫至三甘醇沸點，在該溫度下沸騰回流35～45min，停止加熱，自然冷卻到室溫，得到fe3o4納米粒子反應液；離心分離，采用乙酸乙酯清洗fe3o4納米粒子反應液3～5次，把洗滌出的產物置于50～75℃的真空干燥箱中干燥22～26h，得到鉬酸鹽基四氧化三鐵納米粒子粉末；通過等離子體處理鉬酸鹽基四氧化三鐵納米粒子粉末1～5min，得到富含缺陷型的鉬酸鹽基四氧化三鐵花狀復合材料；所述鉬酸鹽的質量與三甘醇的體積比為1g:(5～6)ml，所述乙酰丙酮鐵的質量與三甘醇的體積比為1g:(6～7)ml；
5、三、將富含缺陷型的鉬酸鹽基四氧化三鐵花狀復合材料和葡萄糖分散在去離子水中，磁力攪拌分散均勻后，轉移到帶有聚四氟乙烯襯里的不銹鋼高壓釜中，在溫度為150～200℃下保持加熱8～14h，最后將混合物冷卻至室溫，并采用蒸餾水洗滌3～5次、干燥后得到粉末，將粉末在氮氣保護下于740～780℃溫度下碳化3～6h得到富含缺陷的碳包覆鉬酸鹽基四氧化三鐵花狀復合材料；所述富含缺陷型的鉬酸鹽基四氧化三鐵花狀復合材料和葡萄糖的質量比為(3.24～5.87):(8.4～12.56)，所述富含缺陷型的鉬酸鹽基四氧化三鐵花狀復合材料的質量與去離子水的體積比為(3.24～5.87)g:200ml。
6、本發明的優點：
7、本發明整個工藝過程安全，無污染，且操作流程較為簡單；所獲得的復合材料具有豐富的氧空位，合理的缺陷導致電化學性能得到極大的提升；所獲得的復合材料具有優異的比電容和循環穩定性能；所制備的電極材料應用十分廣泛，可應用于超級電容器電極材料、鋰離子電池和鋅離子電池電極材料；組裝的超級電容器具有優異的能量密度和功率密度，具有潛在的應用前景。
技術特征：1.一種形貌可控的摻雜型碳包覆鉬酸鹽基四氧化三鐵花狀復合材料的制備方法，其特征在于形貌可控的摻雜型碳包覆鉬酸鹽基四氧化三鐵花狀復合材料的制備方法是按以下步驟進行：
2.根據權利要求1所述的一種形貌可控的摻雜型碳包覆鉬酸鹽基四氧化三鐵花狀復合材料的制備方法，其特征在于步驟一③中在溫度為120℃條件下水熱反應24h。
3.根據權利要求1所述的一種形貌可控的摻雜型碳包覆鉬酸鹽基四氧化三鐵花狀復合材料的制備方法，其特征在于步驟一③中所述超聲反應采用超聲5s、停歇5s的間隔超聲方式，超聲功率為600w。
4.根據權利要求1所述的一種形貌可控的摻雜型碳包覆鉬酸鹽基四氧化三鐵花狀復合材料的制備方法，其特征在于步驟一③中所述干燥是在溫度為60℃恒溫干燥箱中處理12h。
5.根據權利要求1所述的一種形貌可控的摻雜型碳包覆鉬酸鹽基四氧化三鐵花狀復合材料的制備方法，其特征在于步驟一③中所述熱處理是在溫度為350℃的馬弗爐中處理1.5h。
6.根據權利要求1所述的一種形貌可控的摻雜型碳包覆鉬酸鹽基四氧化三鐵花狀復合材料的制備方法，其特征在于步驟一①中所述金屬氯化物為氯化鎳時，氯化鎳的摩爾比與去離子水的體積比為(0.4～2)mmol:(20～40)ml；所述金屬氯化物為氯化鉀時，氯化鉀的摩爾比與去離子水的體積比為(0.5～1.5)mmol:(20～40)ml；所述金屬氯化物為氯化鐵時，氯化鐵的摩爾比與去離子水的體積比為(1～2.5)mmol:(20～40)ml；所述金屬氯化物為氯化鈷時，氯化鈷的摩爾比與去離子水的體積比為(1～3.5)mmol:(20～40)ml；所述金屬氯化物為氯化鋅時，氯化鋅的摩爾比與去離子水的體積比為(0.5～1.5)mmol:(20～40)ml；所述金屬氯化物為氯化錳時，氯化錳的摩爾比與去離子水的體積比為(0.5～3)mmol:(20～40)ml。
7.根據權利要求1所述的一種形貌可控的摻雜型碳包覆鉬酸鹽基四氧化三鐵花狀復合材料的制備方法，其特征在于步驟二中將溫度升至220℃保溫20min。
8.根據權利要求1所述的一種形貌可控的摻雜型碳包覆鉬酸鹽基四氧化三鐵花狀復合材料的制備方法，其特征在于步驟二中所述鉬酸鹽的質量與三甘醇的體積比為3.24g:18ml，所述乙酰丙酮鐵的質量與三甘醇的體積比為2.85gg:18ml。
9.根據權利要求1所述的一種形貌可控的摻雜型碳包覆鉬酸鹽基四氧化三鐵花狀復合材料的制備方法，其特征在于步驟三中在溫度為180℃下保持加熱10h。
10.根據權利要求1所述的一種形貌可控的摻雜型碳包覆鉬酸鹽基四氧化三鐵花狀復合材料的制備方法，其特征在于步驟三中將粉末在氮氣保護下于750℃溫度下碳化5h。
技術總結一種形貌可控的摻雜型碳包覆鉬酸鹽基四氧化三鐵花狀復合材料的制備方法，本發明涉及一種形貌可控的摻雜型碳包覆鉬酸鹽基四氧化三鐵花狀復合材料的制備方法。本發明是為了解決現有材料比電容低，循環穩定性能較差的問題。方法：一、微乳液水熱法制備鉬酸鹽；二、制備富含缺陷型的鉬酸鹽基四氧化三鐵花狀復合材料；三、制備富含缺陷的碳包覆鉬酸鹽基四氧化三鐵花狀復合材料。本發明用于超級電容器電極材料、鋰離子電池和鋅離子電池電極材料；組裝的超級電容器具有優異的能量密度和功率密度，具有潛在的應用前景。
技術研發人員：張欣佳,王晶,馬騰浩
受保護的技術使用者：齊齊哈爾大學
技術研發日：技術公布日：2024/3/27