一種利用氣相擴滲法制備氧化鈦納米管/碳/氧化錳復合材料的方法
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及一種復合材料的制備方法。
【背景技術】
[0002]隨著社會經濟的發展，人們對于環境友好型能源以及生態環境越來越關注，超級電容器作為一種新型的儲能器件，由于其無污染、高效的優良特性，越來越受到人們的重視。通過陽極氧化的方法在金屬鈦基底上原位合成T12納米管陣列，具有大的比表面積和有序的孔洞結構且化學穩定性好，管徑和管長等幾何參數可以通過陽極氧化過程進行調節，規則的管狀結構不僅為電解液流動和離子迀移提供了通道，同時是負載其他高比電容活性物質形成復合納米陣列的良好模板這樣就可以進一步通過負載其他高比容量的電極材料形成復合電極來提高電容性能。由于二氧化鈦納米管的電阻比較大，所以電容水平有待進一步提尚。
【發明內容】
[0003]本發明的目的是要解決現有現有二氧化鈦納米管的電阻大和電容性能差的問題，而提供一種利用氣相擴滲法制備氧化鈦納米管/碳/氧化錳復合材料的方法。
[0004]—種利用氣相擴滲法制備氧化鈦納米管/碳/氧化錳復合材料的方法，是按以下步驟完成的:
[0005]一、依次使用120#SiC砂紙、1000#SiC砂紙和2000#SiC砂紙對鈦片進行打磨處理，
得到表面光亮的鈦片；
[0006]二、依次使用無水乙醇和丙酮分別對表面光亮的鈦片進行清洗3次?5次，得到處理后的欽片；
[0007]三、將電解液加入到無機玻璃電解槽中，處理后的鈦片與電源的正極相連接，作為陽極，銅片與電源的負極相連接，作為陰極；采用直流電源進行供電，在電壓為1V?30V下反應60min?90min，取出反應后的鈦片；
[0008]四、將反應后的鈦片在溫度為60°C?80°C下烘干1min?20min，得到氧化鈦納米管；
[0009]五、將實驗室滴滲電爐升溫至64°C?65°C，再以80滴/min的滴速向實驗室滴滲電爐內滴入滲劑，再在溫度為64°C?65°C的條件下保持1min?30min，得到排出空氣后的實驗室滴滲電爐；
[0010]六、將氧化鈦納米管加入到排出空氣后的實驗室滴滲電爐中，再將排出空氣后的實驗室滴滲電爐封好，再將實驗室滴滲電爐升溫至400°C?600°C，再以80滴/min的滴速向排出空氣后的實驗室滴滲電爐內滴入飽和錳源甲醇溶液，再在溫度為400°C?600°C下氣相擴滲2h?4h，得到氧化鈦納米管/碳/氧化錳復合材料。
[0011]本發明的原理:
[0012]—、本發明在二氧化鈦納米管上負載碳，可以減小電阻，增加雙電層電容；
[0013]二、MnO2是一種具有高的比電容的過渡金屬氧化物，資源豐富，價格低廉，環境友好，且具有多種氧化形態，被認為是目前最有潛力代替RuO2的物質，將其負載到T12納米管內，形成高比表面積的具有贗電容的電極材料；贗電容能夠提供比雙電層電容大幾十倍的容量，因而如果能夠將具有贗電容的材料負載到二氧化鈦納管陣列中，形成高比表面積的具有贗電容的電極材料，就能夠很好的改善電容性能，本發明通過氣相擴滲的方法在T12納米管陣列上形成復合納米陣列氧化鈦/碳/氧化錳；結果表明氧化鈦納米管/碳/氧化錳復合材料相對于氧化鈦納米管具有良好的電容性能。
[0014]本發明的優點:
[0015]一、本發明在陽極氧化法得到的氧化鈦納米管上通過氣相擴滲的方法同時負載碳和氧化錳制備復合材料，得到的氧化鈦納米管/碳/氧化錳復合材料的電化學性能得到大巾畐提尚;
[0016]二、本發明得到的氧化鈦納米管/碳/氧化錳復合材料的電容值是氧化鈦納米管的近乎10倍；本發明得到的氧化鈦納米管/碳/氧化錳復合材料的電阻減小了三個數量級，顯著地提高了導電性；
[0017]三、本發明得到的氧化鈦納米管/碳/氧化錳復合材料的放電時間是38.7s，而氧化鈦納米管的放電時間為4.0s ;本發明得到的氧化鈦納米管/碳/氧化錳復合材料的放電時間是氧化鈦納米管的近乎10倍；本發明得到的氧化鈦納米管/碳/氧化錳復合材料的比電容也是氧化鈦納米管的10倍；
[0018]四、本發明得到的氧化鈦納米管/碳/氧化錳復合材料的循環伏安曲線的面積比氧化鈦納米管的要大，也就是電容比氧化鈦納米管的大，電容性能好。
[0019]本發明可以獲得一種氧化鈦納米管/碳/氧化錳復合材料的制備方法。
【附圖說明】
[0020]圖1為試驗一步驟四得到的氧化鈦納米管放大10萬倍的SEM圖；
[0021]圖2為交流阻抗圖；圖2中I為試驗一步驟四得到的氧化鈦納米管的交流阻抗曲線，2為試驗一步驟六得到的氧化鈦納米管/碳/氧化錳復合材料的交流阻抗曲線；
[0022]圖3為圖2的局部放大圖，圖3中I為試驗一步驟四得到的氧化鈦納米管的交流阻抗曲線，2為試驗一步驟六得到的氧化鈦納米管/碳/氧化錳復合材料的交流阻抗曲線；
[0023]圖4為充放電曲線；圖4中I為試驗一步驟四得到的氧化鈦納米管的充放電曲線，2為試驗一步驟六得到的氧化鈦納米管/碳/氧化錳復合材料的充放電曲線；
[0024]圖5為循環伏安曲線；圖5中I為試驗一步驟四得到的氧化鈦納米管的充放電曲線，2為試驗一步驟六得到的氧化鈦納米管/碳/氧化錳復合材料的充放電曲線。
【具體實施方式】
[0025]【具體實施方式】一:本實施方式是一種利用氣相擴滲法制備氧化鈦納米管/碳/氧化錳復合材料的方法是按以下步驟完成的:
[0026]一、依次使用120#SiC砂紙、1000#SiC砂紙和2000#SiC砂紙對鈦片進行打磨處理，
得到表面光亮的鈦片；
[0027]二、依次使用無水乙醇和丙酮分別對表面光亮的鈦片進行清洗3次?5次，得到處理后的欽片；
[0028]三、將電解液加入到無機玻璃電解槽中，處理后的鈦片與電源的正極相連接，作為陽極，銅片與電源的負極相連接，作為陰極；采用直流電源進行供電，在電壓為1V?30V下反應60min?90min，取出反應后的鈦片；
[0029]四、將反應后的鈦片在溫度為60°C?80°C下烘干1min?20min，得到氧化鈦納米管；
[0030]五、將實驗室滴滲電爐升溫至64°C?65°C，再以80滴/min的滴速向實驗室滴滲電爐內滴入滲劑，再在溫度為64°C?65°C的條件下保持1min?30min，得到排出空氣后的實驗室滴滲電爐；
[0031]六、將氧化鈦納米管加入到排出空氣后的實驗室滴滲電爐中，再將排出空氣后的實驗室滴滲電爐封好，再將實驗室滴滲電爐升溫至400°C?600°C，再以80滴/min的滴速向排出空氣后的實驗室滴滲電爐內滴入飽和錳源甲醇溶液，再在溫度為400°C?600°C下氣相擴滲2h?4h，得到氧化鈦納米管/碳/氧化錳復合材料。
[0032]本實施方式的原理:
[0033]—、本實施方式在二氧化鈦納米管上負載碳，可以減小電阻，增加雙電層電容；
[0034]二、MnO2是一種具有高的比電容的過渡金屬氧化物，資源豐富，價格低廉，環境友好，且具有多種氧化形態，被認為是目前最有潛力代替RuO2的物質，將其負載到T12納米管內，形成高比表面積的具有贗電容的電極材料；贗電容能夠提供比雙電層電容大幾十倍的容量，因而如果能夠將具有贗電容的材料負載到二氧化鈦納管陣列中，形成高比表面積的具有贗電容的電極材料，就能夠很好的改善電容性能，本實施方式通過氣相擴滲的方法在T12納米管陣列上形成復合納米陣列氧化鈦/碳/氧化錳；結果表明氧化鈦納米管/碳/氧化錳復合材料相對于氧化鈦納米管具有良好的電容性能。
[0035]本實施方式的優點:
[0036]—、本實施方式在陽極氧化法得到的氧化鈦納米管上通過氣相擴滲的方法同時負載碳和氧化錳制備復合材料，得到的氧化鈦納米管/碳/氧化錳復合材料的電化學性能得到大幅提尚;
[0037]二、本實施方式得到的氧化鈦納米管/碳/氧化錳復合材料的電容值是氧化鈦納米管的近乎10倍；本實施方式得到的氧化鈦納米管/碳/氧化錳復合材料的電阻減小了三個數量級，顯著地提高了導電性；
[0038]三、本實施方式得到的氧化鈦納米管/碳/氧化錳復合材料的放電時間是38.7s，而氧化鈦納米管的放電時間為4.0s ;本實施方式得到的氧化鈦納米管/碳/氧化錳復合材料的放電時間是氧化鈦納米管的近乎10倍；本實施方式得到的氧化鈦納米管/碳/氧化錳復合材料的比電容也是氧化鈦納米管的10倍；
[0039]四、本實施方式得到的氧化鈦納米管/碳/氧化錳復合材料的循環伏安曲線的面積比氧化鈦納米管的要大，也就是電容比氧化鈦納米管的大，電容性能好。
[0040]本實施方式可以獲得一種氧化鈦納米管/碳/氧化錳復合材料的制備方法。
[0041]【具體實施方式】二:本實施方式與【具體實施方式】一不同點是:步驟三中采用直流電源進行供電，在電壓為1V?20V下反應60min?75min，取出反應后的鈦片。
[0042]其他步驟與【具體實施方式】一相同。
[0043]【具體實施方式】三:本實施方式與【具體實施方式】一或二之一不同點是:步驟三中采用直流電源進行供電，在電壓為20V?30V下反應75min?90min，取出反應后的鈦片。其他步驟與【具體實施方式】一或二相同。
[0044]【具體實施方式】四:本實施方式與【具體實施方式】一至三之一不同點是:步驟三中采用直流電源進行供電，在電壓為20V下反應90min，取出反應后的鈦片。其他步驟與【具體實施方式】一至三相同。
[0045]【具體實施方式】五:本實施方式與【具體實施方式】一至四之一不同點是:步驟四中將反應后的鈦片在溫度為60°C下烘干20min，得到氧化鈦納米管。其他步驟與【具體實施方式】一至四相同。
[0046]【具體實施方式】六:本實施方式與【具體實施方式】一至五之一不同點是:步驟三中所述的電解液由NaF和質量分數為85%的磷酸混合而成，溶劑為水；所述的電解液中NaF的濃度為0.14mol/L，質量分數為85%的磷酸的濃度為28g/250mL。
[0047]其他步驟與【具體實施方式】一至五相同。
[0048]【具體實施方式】七:本實施方式與【具體實施方式】一至六之一不同點是:步驟六中將氧化鈦納米管加入到排出空氣后的實驗室滴滲電爐中，再將排出空氣后的實驗室滴滲電爐封好，再將實驗室滴滲電爐升溫至550°C，再以80滴/min的滴速向排出空氣后的實驗室滴滲電爐內滴入飽和錳源甲醇溶液，再在溫度為550°C下氣相擴滲4h，得