一种二氧化钛/双金属氢氧化物复合电极的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种二氧化钛/双金属氢氧化物复合电极的制备方法，包括以下步骤：(1)将钛丝清洗，干燥后通过阳极氧化在钛丝上合成TiO2NTs；(2)进行极化处理改善其导电性；(3)配制电化学沉积所需的沉积液；(4)在三电极体系下对TiO2NTs使用计时电位法电化学沉积并清洗后干燥。本发明专利技术具有电极良好的力学性能，后者是二维的片层状结构，比表面积大，有良好的电荷存储能力和离子扩散能力。通过这样的复合获得同时具有良好力学性能和电化学性能的线性电极，而且电沉积过程样品制备时间短、效率高，实验仪器，操作简单，电沉积形成的沉积层是均匀而且平整的，更重要的是沉积层的厚度是可控的。

Preparation of a Titanium Dioxide/Bimetallic Hydroxide Composite Electrode

The invention discloses a preparation method of a titanium dioxide/bimetallic hydroxide composite electrode, which comprises the following steps: (1) cleaning the titanium wire, drying and synthesizing titanium dioxide NTs on the titanium wire by anodic oxidation; (2) polarization treatment to improve its conductivity; (3) preparing the deposition solution needed for electrochemical deposition; (4) electrochemical deposition and cleaning of titanium dioxide NTs by chronopotentiometry in a three-electrode system. Wash and dry. The invention has good mechanical properties of the electrode, the latter is a two-dimensional lamellar structure with large specific surface area, good charge storage capacity and ion diffusion capacity. Linear electrodes with good mechanical and electrochemical properties can be obtained by this method. Moreover, the sample preparation time is short, the efficiency is high, the experimental instrument is simple, and the deposition layer formed by electrodeposition is uniform and flat. More importantly, the thickness of the deposition layer is controllable.

【技术实现步骤摘要】
一种二氧化钛/双金属氢氧化物复合电极的制备方法
本专利技术涉及一种复合电极的制备方法，具体是一种二氧化钛/双金属氢氧化物复合电极的制备方法，属于电化学领域。
技术介绍
近年来，便携式智能电子器件发展迅猛，而电子器件的发展离不开相应高效的柔性储能设备，所以，以碳纤维、导电金层属织物和CNT涂覆的棉织物/纸为基材制成的柔性电容器应运而生。但是这些基体造价昂贵，市场经济竞争能力弱，难以投入产业化生产。而Ti丝与上述材料相比，造价较低、导电性能好、内阻较小，是一种极具潜力的基体材料。二氧化钛是一种重要的功能材料，由于成本低、低毒性、较为环保且具有良好的化学稳定性，近年来引来越来越多的关注，被广泛用于光催化剂、污染物清洁剂、锂离子电池、超级电容器、太阳能电池等环境和能源领域。在超级电容器的应用中，二氧化钛常作为一种常见的阳极活性材料。在当今技术下，通过不同制备方法得到的二氧化钛往往拥有不同的形态，而不同形态的二氧化钛，在超电性能上的表现也千差万别。有研究表明，在各种常见形态(如：纳米管、纳米线、纳米粒子等)中，通过阳极氧化制备的具有高度有序结构和大比表面积的TiO2纳米管阵列表现出更高的电荷收集效率和光捕获效率。但是单一的TiO2纳米管存在导电性差、电化学活性低等问题，这大大限制了其在高效超级电容器中的应用。并且，针对TiO2纳米管本身的改造方法，如：在Ar、NH3或H2气氛退火，电化学加氢处理，金属离子掺杂等，对其电容器性能的改善十分有限。因此，将TiO2纳米管与其他过渡金属氧化物或氢氧化物进行复合，成为一个有前景的研究方向。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的问题，本专利技术的目的是提供一种二氧化钛/双金属氢氧化物复合电极的制备方法，以提高电极的电化学性能和电化学活性，同时，使得电极材料的形貌得以优化，从而提高电极的制备效率。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种二氧化钛/双金属氢氧化物复合电极的制备方法，包括以下步骤：(1)将高纯度钛丝裁剪为平均长度为10cm的若干小段，依次放入稀盐酸溶液、去离子水和无水乙醇中各超声清洗10min，然后放置于70℃真空干燥箱中干燥5-9小时后通过阳极氧化在钛丝上合成TiO2NTs，使用的电解质溶液为0.4％NH4F、10％vol去离子水的乙二醇溶液；(2)清洗干燥合成的TiO2NTs，进行极化处理改善其导电性，即将步骤(1)中得到的TiO2NTs置于0.5mol/L的Na2SO4溶液中极化，极化电压为-1.5V，极化时间3min；(3)配制电化学沉积所需的沉积液，即将镍盐、钴盐、氯化铵和去离子水混合搅拌；(4)启动电化学工作站将步骤(3)所得沉积液置于烧杯中，在以TiO2NTs集流体为工作电极，铂电极为对电极，饱和甘汞电极为参比电极的三电极体系下对TiO2NTs使用计时电位法电化学沉积，反应结束后，依次使用去离子水，无水乙醇反复清洗三次以上，并在在真空干燥箱中在70℃温度条件下干燥10-12h，之后即得到TiO2NTs/Ni-CoLDH复合电极。优选的，步骤(1)中的阳极氧化条件为电压50-80V，氧化时间1-2h。优选的，步骤(3)中的钴盐为Co(NO3)2·6H2O，镍盐为Ni(NO3)2·6H2O。优选的，步骤(3)中的电解液由2mmol的Co(NO3)2·6H2O、2-6mmol的Ni(NO3)2·6H2O和20mmol的NH4Cl溶于100mL去离子水中配制而成。优选的，步骤(4)中的计时电位法电化学沉积的条件为沉积电流0.01-0.02A，沉积时长900s。和现有的技术相比，本专利技术提供了一种线性超级电容器电极，包括二氧化钛纳米管(TiO2NTs)以及以上述材料为基底的电沉积得到双金属氢氧化物，并且本专利技术将TiO2NTs与双金属氢氧化物通过电化学沉积的方法进行复合制备线性超级电容器电极，其中Ti丝充当集流体的作用，同时也赋予电极良好的力学性能，后者是二维的片层状结构，比表面积大，有良好的电荷存储能力和离子扩散能力。通过这样的复合获得同时具有良好力学性能和电化学性能的线性电极，而且电沉积过程样品制备时间短、效率高，实验仪器，操作简单，电沉积形成的沉积层是均匀而且平整的，更重要的是沉积层的厚度是可控的。附图说明图1为TiO2NTs/Ni-CoLDH复合电极的扫描电镜图，其中a、b、c、d为依次在50um、5um、1um、100um倍数条件下；图2为TiO2NTs/Ni-CoLDH复合电极在不同的阳极氧化电压下的的电化学性能测试图；具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。实施例1：一种二氧化钛/双金属氢氧化物复合电极的制备方法，包括以下步骤：(1)将高纯度钛丝裁剪为平均长度为10cm的若干小段，依次放入稀盐酸溶液、去离子水和无水乙醇中各超声清洗10min，然后放置于70℃真空干燥箱中干燥5-9小时后通过阳极氧化在钛丝上合成TiO2NTs，阳极氧化条件为电压50V，氧化时间1-2h。使用的电解质溶液为0.4％NH4F、10％vol去离子水的乙二醇溶液；(2)清洗干燥合成的TiO2NTs，进行极化处理改善其导电性，即将步骤(1)中得到的TiO2NTs置于0.5mol/L的Na2SO4溶液中极化，极化电压为-1.5V，极化时间3min；(3)配制电化学沉积所需的沉积液，即将镍盐Ni(NO3)2·6H2O、钴盐Co(NO3)2·6H2O、氯化铵和去离子水混合搅拌，且电解液由2mmol的Co(NO3)2·6H2O、2mmol的Ni(NO3)2·6H2O和20mmol的NH4Cl溶于100mL去离子水中配制而成。(4)启动电化学工作站将步骤(3)所得沉积液置于烧杯中，在以TiO2NTs集流体为工作电极，铂电极为对电极，饱和甘汞电极为参比电极的三电极体系下对TiO2NTs使用计时电位法电化学沉积，反应条件为：沉积电流0.02A，沉积时长900s。反应结束后，依次使用去离子水，无水乙醇反复清洗三次以上，并在在真空干燥箱中在70℃温度条件下干燥10-12h，之后即得到TiO2NTs/Ni-CoLDH复合电极。通过上述的系列电化学性能测试方法可得，本实施例制备的材料在电流密度2mA/cm2时可达到1490.87mF/cm2，；循环充放电2000圈，循环效率为80％。实施例2：一种二氧化钛/双金属氢氧化物复合电极的制备方法，包括以下步骤：(1)将高纯度钛丝裁剪为平均长度为10cm的若干小段，依次放入稀盐酸溶液、去离子水和无水乙醇中各超声清洗10min，然后放置于70℃真空干燥箱中干燥5-9小时后通过阳极氧化在钛丝上合成TiO2NTs，阳极氧化条件为电压65V，氧化时间1-2h。使用的电解质溶液为0.4％NH4F、10％vol去离子水的乙二醇溶液；(2)清洗干燥合成的TiO2NTs，进行极化处理改善其导电性，即将步骤(1)中得到的TiO2NTs置于0.5mol/L的Na2SO4溶液中极化，极化电压为-1.5V，极化时间3min；(3)配制电化学沉积所需的沉积液，即将镍盐Ni(NO3)2·6H2O、钴盐Co(NO3)2·6H2O、氯化铵和去离子水混合搅拌，且电解液由2mmol的Co(NO3)2·6H2O、2mmol的Ni(NO3)2·6H2O和20mmol的NH4Cl本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种二氧化钛/双金属氢氧化物复合电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将高纯度钛丝裁剪为平均长度为10cm的若干小段，依次放入稀盐酸溶液、去离子水和无水乙醇中各超声清洗10min，然后放置于70℃真空干燥箱中干燥5‑9小时后通过阳极氧化在钛丝上合成TiO2NTs，使用的电解质溶液为0.4％NH4F、10％vol去离子水的乙二醇溶液；(2)清洗干燥合成的TiO2NTs，进行极化处理改善其导电性，即将步骤(1)中得到的TiO2NTs置于0.5mol/L的Na2SO4溶液中极化，极化电压为‑1.5V，极化时间3min；(3)配制电化学沉积所需的沉积液，即将镍盐、钴盐、氯化铵和去离子水混合搅拌；(4)启动电化学工作站将步骤(3)所得沉积液置于烧杯中，在以TiO2NTs集流体为工作电极，铂电极为对电极，饱和甘汞电极为参比电极的三电极体系下对TiO2NTs使用计时电位法电化学沉积，反应结束后，依次使用去离子水，无水乙醇反复清洗三次以上，并在在真空干燥箱中在70℃温度条件下干燥10‑12h，之后即得到TiO2NTs/Ni‑Co LDH复合电极。

【技术特征摘要】
1.一种二氧化钛/双金属氢氧化物复合电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将高纯度钛丝裁剪为平均长度为10cm的若干小段，依次放入稀盐酸溶液、去离子水和无水乙醇中各超声清洗10min，然后放置于70℃真空干燥箱中干燥5-9小时后通过阳极氧化在钛丝上合成TiO2NTs，使用的电解质溶液为0.4％NH4F、10％vol去离子水的乙二醇溶液；(2)清洗干燥合成的TiO2NTs，进行极化处理改善其导电性，即将步骤(1)中得到的TiO2NTs置于0.5mol/L的Na2SO4溶液中极化，极化电压为-1.5V，极化时间3min；(3)配制电化学沉积所需的沉积液，即将镍盐、钴盐、氯化铵和去离子水混合搅拌；(4)启动电化学工作站将步骤(3)所得沉积液置于烧杯中，在以TiO2NTs集流体为工作电极，铂电极为对电极，饱和甘汞电极为参比电极的三电极体系下对TiO2NTs使用计时电位法电化学沉积，反应结束后，依次使用去离子水，无水乙醇反复清洗三次以上，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李乾，戚继球，赵宇龙，隋艳伟，委福祥，何业增，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32