一種泡沫鎳/氧化鉬復合薄膜的制備方法與流程

本發明涉及一種復合薄膜的制備方法。

背景技術：
氧化鉬由于其特殊的結構和性能受到越來越多的人們的關注。由于氧化鉬具有特殊的層狀結構或孔道結構，通過嵌入或脫出離子和小分子物質，能夠形成氧化鉬基化物。這一性質使其在催化、在信息顯示與存儲、催化劑、電池電極、阻煙劑，傳感器、光學材料等等領域方面具有潛在的而廣泛的應用。對不同形貌納米三氧化鉬的制備工藝及研究也處于研究的熱點。目前人們已經合成了單一的氧化鉬納米材料。CN102603005A報道了等離子體升華制備納米氧化鉬，其純度MoO3>99.80％。該技術在應用過程中，容易受到等離子體的密度、碰撞頻率、厚度等因素的影響。同時，等離子體是一項十分復雜的系統工程，在實際應用中實現最佳參數并隨外界條件進行調節有一定難度。近年來，隨著應用領域的擴展，對產品的高性能以及產品在各種環境下穩定性要求不斷提高。然而，單一材料已經不能滿足功能多樣化的現代應用領域。因此人們正致力于合成復合材料，以實現材料的多功能應用，并提高單一材料。到目前為止，氧化鉬復合材料正在不斷成為人們研究的熱點。制備性能優異的氧化鉬復合材料，一直是研究的重點。近些年來，隨著科學技術的發展，新型的氧化鉬復合材料的制備方法不斷出現。如：蒸鍍法、溶膠-凝膠法、濺射法、電化學沉積、化學氣相沉積等。CN103240076A公布了一種負載型氧化鉬和氧化鎢基氧化脫硫催化劑的制備方法，可以顯著提高負載型氧化鉬和氧化鎢基催化劑脫硫活性，在深度脫硫領域有廣泛的應用前景。但是，該制備過程中會產生硫的氧化物，對大氣環境有污染。CN101787449A公開了一種使用氧化鉬塊廢料和氧化鉬氨浸渣混合物生產鉬鐵的方法，依據冶煉的鉬鐵牌號要求，提高對鉬的回收，降低S、P、Cu等的含量。但是制備過程步驟繁瑣，并且S、P、Cu等也會對自然界水體造成污染和破壞水中生物資源的平衡。Gesheva等人報道了化學氣相沉積法制備氧化鉬/氧化鎢復合材料，并研究了其電致變色器件的應用。Song等人研究了簡易的低溫濕化學方法來制備二氧化鈦/氧化鉬復合材料，并研究了其光催化性能，結果表明復合的氧化鉬/氧化鎢材料具有單一材料所不具備的優越的催化性能。Ling等人綜述了氧化鉍/氧化鉬、三氧化二鉍/五氧化二鉈，三氧化二鉍/五氧化二釹等復合材料。通過XPS、XRD、EDS等測試來確定合成組分，為后續人們應用氧化鉬復合材料的制備應用提供了基礎。

技術實現要素：
本發明是要解決現有泡沫鎳/氧化鉬復合材料的氧化鉬與泡沫鎳之間結合力差的問題，提供一種泡沫鎳/氧化鉬復合薄膜的制備方法。本發明泡沫鎳/氧化鉬復合薄膜的制備方法，按以下步驟進行：一、泡沫鎳的前處理：先取面積為1cm×1cm的泡沫鎳，加入丙酮，超聲清洗20min，然后用水進行超聲清洗10～120min，最后用濃度為0.1mol/L的鹽酸浸泡5～100min，將浸泡后的泡沫鎳放置在烘箱中，于40～200℃干燥1～48h；二、泡沫鎳/氧化鉬復合薄膜的制備：稱取0.0003～0.001mol的鉬酸銨固體，溶解于20～80mL的超純水中，配置得到鉬酸銨溶液，將步驟一干燥后的泡沫鎳放入鉬酸銨溶液中磁力攪拌1～5h，隨后將鉬酸銨溶液和泡沫鎳一并加入到30～100mL的聚四氟乙烯反應釜中旋緊，放入烘箱中于90～240℃反應2～48h，反應結束后，反應釜自然冷卻到室溫，然后將反應物用無水乙醇和水交替沖洗6次，在60～100℃烘箱中干燥5～36h，即得到泡沫鎳/氧化鉬復合薄膜。本發明的有益效果：1、整個工藝過程安全，無需昂貴設備，無污染，且操作流程簡單。2、所獲得的復合材料表面平整，顏色均勻。3、所獲得的復合材料穩定性較好，經過50～200攝氏度熱處理，薄膜不脫落。4、制備的復合材料目測具有泡沫鎳的孔道結構，說明泡沫鎳的骨架在水熱合成過程中并沒有被破壞。附圖說明圖1是實施例1制備的泡沫鎳/氧化鉬復合薄膜的低倍SEM圖；圖2是實施例1制備的泡沫鎳/氧化鉬復合薄膜的高倍SEM圖；圖3為實施例1電容器循環50次的循環伏安曲線圖；圖4為實施例1電容器經500次循環測試后容量的保留百分數曲線；圖5是實施例2制備的泡沫鎳/氧化鉬復合薄膜的低倍SEM圖；圖6是實施例2制備的泡沫鎳/氧化鉬復合薄膜的高倍SEM圖；圖7為實施例2電容器循環50次的循環伏安曲線圖；圖8為實施例2電容器經500次循環測試后容量的保留百分數曲線；圖9是實施例3制備的泡沫鎳/氧化鉬復合薄膜的低倍SEM圖；圖10是實施例3制備的泡沫鎳/氧化鉬復合薄膜的高倍SEM圖；圖11為實施例3電容器循環50次的循環伏安曲線圖；圖12為實施例3電容器經500次循環測試后容量的保留百分數曲線。具體實施方式本發明技術方案不局限于以下所列舉具體實施方式，還包括各具體實施方式間的任意組合。具體實施方式一：本實施方式泡沫鎳/氧化鉬復合薄膜的制備方法，按以下步驟進行：一、泡沫鎳的前處理：先取面積為1cm×1cm的泡沫鎳，加入丙酮，超聲清洗20min，然后用水進行超聲清洗10～120min，最后用濃度為0.1mol/L的鹽酸浸泡5～100min，將浸泡后的泡沫鎳放置在烘箱中，于40～200℃干燥1～48h；二、泡沫鎳/氧化鉬復合薄膜的制備：稱取0.0003～0.001mol的鉬酸銨固體，溶解于20～80mL的超純水中，配置得到鉬酸銨溶液，將步驟一干燥后的泡沫鎳放入鉬酸銨溶液中磁力攪拌1～5h，隨后將鉬酸銨溶液和泡沫鎳一并加入到30～100mL的聚四氟乙烯反應釜中旋緊，放入烘箱中于90～240℃反應2～48h，反應結束后，反應釜自然冷卻到室溫，然后將反應物用無水乙醇和水交替沖洗6次，在60～100℃烘箱中干燥5～36h，即得到泡沫鎳/氧化鉬復合薄膜。本發明采用水熱法制備得到了泡沫鎳/氧化鉬復合材料，制備過程簡單，易于操作，無環境污染，操作性強，穩定性好，成本低。泡沫鎳具有大的孔道結構，結合氧化鉬本身結構特性等使得其具有更好的離子和分子的嵌入和脫出特性。這種材料可用于鋰離子電池、超級電容器、電致變色等領域。此方法簡單，成本低。所制得的復合材料，表面平整，穩定性能優良。通過調節鉬酸銨的用量，可以控制泡沫鎳表面氧化鉬的厚度。合成的產品可應用于氣體傳感，抑煙-阻燃性、超級電容器、鋰離子電池等對材料有特殊要求多功能應用的領域。具體實施方式二：本實施方式與具體實施方式一不同的是：步驟一中用水進行超聲清洗30～100min。其它與具體實施方式一相同。具體實施方式三：本實施方式與具體實施方式一不同的是：步驟一中用水進行超聲清洗50～80min。其它與具體實施方式一相同。具體實施方式四：本實施方式與具體實施方式一至三之一不同的是：步驟一中用濃度為0.1mol/L的鹽酸浸泡30～70min。其它與具體實施方式一至三之一相同。具體實施方式五：本實施方式與具體實施方式一至三之一不同的是：步驟一中用濃度為0.1mol/L的鹽酸浸泡45min。其它與具體實施方式一至三之一相同。具體實施方式六：本實施方式與具體實施方式一至五之一不同的是：步驟一中于60～180℃干燥10～40h。其它與具體實施方式一至五之一相同。具體實施方式七：本實施方式與具體實施方式一至五之一不同的是：步驟一中于90～150℃干燥20～30h。其它與具體實施方式一至五之一相同。具體實施方式八：本實施方式與具體實施方式一至七之一不同的是：步驟二中稱取0.0005～0.0008mol的鉬酸銨固體，溶解于30～50mL的超純水中。其它與具體實施方式一至七之一相同。具體實施方式九：本實施方式與具體實施方式一至八之一不同的是：步驟二中放入烘箱中于120～210℃反應12～36h。其它與具體實施方式一至八之一相同。具體實施方式十：本實施方式與具體實施方式一至八之一不同的是：步驟二中放入烘箱中于150～180℃反應20～28h。其它與具體實施方式一至八之一相同。為驗證本發明的有益效果，進行以下實驗：實施例1：一、泡沫鎳的前處理：先取面積為1cm×1cm的泡沫鎳，加入丙酮，超聲清洗20min去除表面可能含有的有機物質，然后用水進行超聲清洗25min，最后用濃度為0.1mol/L的鹽酸浸泡20min，以除去表面可能形成的鎳的氧化物，將浸泡后的泡沫鎳放置在烘箱中，于50℃干燥2.5h；二、泡沫鎳/氧化鉬復合薄膜的制備：稱取0.0005mol的鉬酸銨固體置于100mL的燒杯中，加入30mL超純水，待溶液透明澄清后，配置得到鉬酸銨溶液，將步驟一干燥后的泡沫鎳基底放入鉬酸銨溶液中磁力攪拌2h，隨后將燒杯中的鉬酸銨溶液和泡沫鎳一并加入到50mL的聚四氟乙烯反應釜中旋緊，放入烘箱中120℃反應5h，反應結束后，反應釜自然冷卻到室溫，然后將反應物用無水乙醇和水交替沖洗6次，在60℃烘箱中干燥10h，即得到泡沫鎳/氧化鉬復合薄膜。本實施例制備的泡沫鎳/氧化鉬復合薄膜的低倍SEM圖如圖1所示，高倍SEM圖如圖2所示。可以看出所制得的復合材料表面平整。經過150攝氏度熱處理，薄膜不脫，落穩定性能優良。以本實施例的泡沫鎳/氧化鉬復合薄膜為原料制備超級電容器，對超級電容器的性能進行檢測，循環50次的循環伏安曲線圖如圖3所示，通過此圖可以看出曲線基本重合，說明具有很好的循環穩定性。曲線中出現了峰值，屬于贗電容，說明在電化學反應中發生了氧化還原反應。在一定電流密度條件下的500次循環測試后，容量的保留百分數如圖4。可以看出經過500次循環后，材料的容量保留值近乎直線，說明容量損失小，具有較好的循環穩定性能。實施例2：一、泡沫鎳的前處理：先取面積為1cm×1cm的泡沫鎳，加入丙酮，超聲清洗20min去除表面可能含有的有機物質，然后用水進行超聲清洗40min，最后用濃度為0.1mol/L的鹽酸浸泡30min，以除去表面可能形成的鎳的氧化物，將浸泡后的泡沫鎳放置在烘箱中，于75℃干燥3h；二、泡沫鎳/氧化鉬復合薄膜的制備：稱取0.0008mol的鉬酸銨固體置于100mL的燒杯中，加入50mL超純水，待溶液透明澄清后，配置得到鉬酸銨溶液，將步驟一干燥后的泡沫鎳基底放入鉬酸銨溶液中磁力攪拌3h，隨后將燒杯中的鉬酸銨溶液和泡沫鎳一并加入到100mL的聚四氟乙烯反應釜中旋緊，放入烘箱中180℃反應15h，反應結束后，反應釜自然冷卻到室溫，然后將反應物用無水乙醇和水交替沖洗6次，在75℃烘箱中干燥12h，即得到泡沫鎳/氧化鉬復合薄膜。本實施例制備的泡沫鎳/氧化鉬復合薄膜的低倍SEM圖如圖5所示，高倍SEM圖如圖6所示。可以看出所制得的復合材料表面平整。經過200攝氏度熱處理，薄膜不脫，落穩定性能優良。以本實施例的泡沫鎳/氧化鉬復合薄膜為原料制備超級電容器，對超級電容器的性能進行檢測，循環50次的循環伏安曲線圖如圖7，通過此圖可以看出曲線基本重合，說明具有很好的循環穩定性。曲線中出現了峰值，屬于贗電容，說明在電化學反應中發生了氧化還原反應。在一定電流密度條件下的500次循環測試后，容量的保留百分數如圖8。可以看出經過500次循環后，材料的容量保留值近乎直線，說明容量損失小，具有較好的循環穩定性能。實施例3：一、泡沫鎳的前處理：先取面積為1cm×1cm的泡沫鎳，加入丙酮，超聲清洗20min去除表面可能含有的有機物質，然后用水進行超聲清洗30min，最后用濃度為0.1mol/L的鹽酸浸泡45min，以除去表面可能形成的鎳的氧化物，將浸泡后的泡沫鎳放置在烘箱中，于80℃干燥4h；二、泡沫鎳/氧化鉬復合薄膜的制備：稱取0.001mol的鉬酸銨固體置于100mL的燒杯中，加入80mL超純水，待溶液透明澄清后，配置得到鉬酸銨溶液，將步驟一干燥后的泡沫鎳基底放入鉬酸銨溶液中磁力攪拌4h，隨后將燒杯中的鉬酸銨溶液和泡沫鎳一并加入到100mL的聚四氟乙烯反應釜中旋緊，放入烘箱中220℃反應36h，反應結束后，反應釜自然冷卻到室溫，然后將反應物用無水乙醇和水交替沖洗6次，在75℃烘箱中干燥15h，即得到泡沫鎳/氧化鉬復合薄膜。本實施例制備的泡沫鎳/氧化鉬復合薄膜的低倍SEM圖如圖9所示，高倍SEM圖如圖10所示。可以看出所制得的復合材料表面平整。經過180攝氏度熱處理，薄膜不脫，落穩定性能優良。以本實施例的泡沫鎳/氧化鉬復合薄膜為原料制備超級電容器，對超級電容器的性能進行檢測，循環50次的循環伏安曲線圖如圖11，通過此圖可以看出曲線基本重合，說明具有很好的循環穩定性。曲線中出現了峰值，屬于贗電容，說明在電化學反應中發生了氧化還原反應。在一定電流密度條件下的500次循環測試后，容量的保留百分數如圖12。可以看出經過500次循環后，材料的容量保留值近乎直線，說明容量損失小，具有較好的循環穩定性能。