本發(fā)明涉及一種高性能超級電容電極材料co-fe類普魯士藍納米立方及其制備方法和應(yīng)用，屬于電極材料制備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

普魯士藍是一種深藍色的顏料，主要用于油漆、油墨、塑料等行業(yè)及文教用品的著色。由于在普魯士藍晶胞中，亞鐵離子和鐵離子分別占據(jù)兩個不同的位置，而這兩個位置上都可以用不同的其他過渡金屬來替代，所以形成的類普魯士藍化合物的品種具有多樣性。類普魯士藍化合物可以用于化學分析檢測，醫(yī)學等領(lǐng)域。由于類普魯士藍比表面積大，孔隙率高，離子嵌脫能力強，在用于堿金屬離子電池的電極材料時，電化學性能表現(xiàn)優(yōu)異。然而，類普魯士藍化合物被用于超級電容器的正極材料的研究較少。陳潔等【1】通過簡單的化學共沉淀法獲得普魯士藍衍生物，并應(yīng)用于超級電容器材料，當電流為0.2a/g時，ni2[fe(cn)6]具有較高的比容量450f/g，但其倍率性能并不太理想。co2[fe(cn)6]也被合成，但其比容量和倍率性能都遠低于ni2[fe(cn)6]。本發(fā)明以無機鈷鹽和鐵氰化鉀作為原料，以檸檬酸三鈉為絡(luò)合穩(wěn)定劑，使用溶液共沉淀法可控制備co-fe類普魯士藍納米立方材料，工藝過程簡單，反應(yīng)條件溫和，產(chǎn)品成本低，適合規(guī)?；a(chǎn)。

【1】陳潔，黃可龍，劉素琴，一種超級電容器電極材料及其制備，公開號101546650a。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種高性能超級電容電極材料co-fe類普魯士藍納米立方及其制備方法，該制備方法是以無機鈷鹽和鐵氰化鉀為反應(yīng)原料，以檸檬酸三鈉為絡(luò)合穩(wěn)定劑，采用液相共沉淀反應(yīng)法，通過控制鐵氰化鉀的用量及靜置老化時間等反應(yīng)條件，制備出co-fe類普魯士藍納米立方材料。利用該方法制備可以制備晶型穩(wěn)定的co-fe類普魯士藍納米立方，且所制備的co-fe類普魯士藍納米立方具有高電容器性能。

本發(fā)明解決問題的技術(shù)方案是：一種高性能超級電容電極材料co-fe類普魯士藍納米立方的制備方法，其步驟如下：

稱取無機鈷鹽和絡(luò)合穩(wěn)定劑分別溶于去離子水中配制無機鈷鹽溶液和絡(luò)合穩(wěn)定劑溶液，將上述溶液混合，稱取鐵氰化鉀溶于去離子水中配制成鐵氰化鉀溶液；在攪拌下，將鐵氰化鉀溶液緩慢滴加入混合溶液中；室溫下，靜置24小時，離心收集樣品，使用去離子水洗滌多次，干燥即得到co-fe類普魯士藍納米立方。

上述反應(yīng)過程中，絡(luò)合穩(wěn)定劑溶液是將絡(luò)合穩(wěn)定劑加入到去離子水中配制成的溶液。

優(yōu)選的，無機鈷鹽為氯化鈷。

優(yōu)選的，絡(luò)合穩(wěn)定劑為檸檬酸三鈉。

優(yōu)選的，所述鐵氰化鉀與無機鈷鹽的摩爾比為2:3～4:3，絡(luò)合穩(wěn)定劑與無機鈷鹽的摩爾比為5:3。

作為優(yōu)選，所述鐵氰化鉀濃度為0.02mol/l，無機鈷鹽溶液濃度為0.03mol/l，絡(luò)合穩(wěn)定劑溶液濃度為0.05mol/l。

上述反應(yīng)過程中，絡(luò)合穩(wěn)定劑的添加量過少，會導(dǎo)致co-fe類普魯士藍納米立方嚴重聚集；絡(luò)合穩(wěn)定劑的添加量過多，co-fe類普魯士藍納米立方不容易沉淀，導(dǎo)致產(chǎn)品收率降低。

本發(fā)明另一個目的請求保護采用上述方法制備的co-fe類普魯士藍納米立方。所制備的co-fe類普魯士藍納米立方的尺寸約為300nm。

本發(fā)明第三個目的請求保護上述方法制備的co-fe類普魯士藍納米立方在制備電極上的應(yīng)用。

一種電極，采用如下制備方法：將上述方法制備的co-fe類普魯士藍納米立方、乙炔黑和聚四氟乙烯按質(zhì)量比8:1:1混合，加入丙酮使三者充分混合，制成漿狀，滾壓成薄片并裁取5mg的薄片壓在泡沫鎳上制成電極片，然后在真空干燥箱中室溫下真空干燥12h。

co-fe類普魯士藍納米立方材料組裝的電極表現(xiàn)出較佳的電化學電容器性能，在1mol/l硫酸鈉溶液中電流密度為5a/g恒電流充放電時的電容值為380～450f/g。

與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明工藝過程簡單，反應(yīng)條件溫和，常溫下操作，不需要使用昂貴的表面活性劑和有機模板劑。原料來源豐富，方便，適合規(guī)模化生產(chǎn)。產(chǎn)品納米立方約300nm，分散性好，比表面積大，采用本發(fā)明方法可制備出結(jié)晶性良好的co-fe類普魯士藍納米立方材料。材料的多孔三維交聯(lián)結(jié)構(gòu)能夠保證充分地與電解液接觸，增加了反應(yīng)表面積改善了固液界面上的離子擴散。co-fe類普魯士藍納米立方材料提高了電化學電容器的容量，改善了電容器快速充放電和使用壽命等性能，在超級電容工業(yè)領(lǐng)域具有重要應(yīng)用前景。

附圖說明

本發(fā)明附圖6幅，

圖1是實施例1制備的co-fe類普魯士藍納米立方的xrd圖；

圖2是實施例1制備的co-fe類普魯士藍納米立方的sem圖；

圖3是為添加檸檬酸三鈉與不添加檸檬酸三鈉的sem對比圖；(左-添加檸檬酸三鈉，右-不添加檸檬酸三鈉)；

圖4是實施例1制備的co-fe類普魯士藍納米立方組裝的電極在1mol/l硫酸鈉溶液中電流為5a/g時恒電流充放電曲線；

圖5是實施例2制備的co-fe類普魯士藍納米立方的sem圖；

圖6是實施例2制備的co-fe類普魯士藍納米立方組裝的電極在1mol/l硫酸鈉溶液中電流為5a/g時恒電流充放電曲線。

具體實施方式

下面通過附圖和具體實施例詳述本發(fā)明，但不限制本發(fā)明的保護范圍。如無特殊說明，本發(fā)明所采用的實驗方法均為常規(guī)方法，所用實驗器材、材料、試劑等均可從化學公司購買。

實施例1

稱取0.143g六水合氯化鈷(0.6mmol)和0.294g檸檬酸三鈉(1mmol)溶于20ml去離子水中配制成氯化鈷溶液，再稱取0.132g鐵氰化鉀(0.4mmol)溶于去20ml離子水中配制成鐵氰化鉀溶液；在攪拌下，將鐵氰化鉀溶液緩慢滴加入氯化鈷溶液中；室溫下，靜置老化24小時，離心收集樣品，使用去離子水洗滌3次，于60°烘干。從圖1，2可以看到尺寸約250nm的co-fe類普魯士藍納米立方。

實施例1的對比例(無檸檬酸三鈉)

稱取0.143g六水合氯化鈷(0.6mmol)溶于20ml去離子水中配制成氯化鈷溶液，再稱取0.132g鐵氰化鉀(0.4mmol)溶于去20ml離子水中配制成鐵氰化鉀溶液；在攪拌下，將鐵氰化鉀溶液緩慢滴加入氯化鈷溶液中；室溫下，靜置老化24小時，離心收集樣品，使用去離子水洗滌3次，于60°烘干。從圖3為添加檸檬酸三鈉與不添加檸檬酸三鈉的電鏡對比圖。

實施例1的應(yīng)用例

將實施例1制得的co-fe類普魯士藍納米立方、乙炔黑和聚四氟乙烯按質(zhì)量比8:1:1混合，加入適量丙酮使三者充分混合，制成漿狀，滾壓成薄片并裁取5mg的薄片壓在泡沫鎳上制成電極片，然后在真空干燥箱中110℃下真空干燥12h。單電極測試采用co-fe類普魯士藍納米立方材料為工作電極，飽和甘汞電極(sce)為參比電極，金屬鉑片為輔助電極，電解液為1mol/l硫酸鈉溶液。從圖4可以測得co-fe類普魯士藍納米立方電極在5a/g恒電流充放電時的電容值為447f/g。

實施例2

稱取0.143g六水合氯化鈷(0.6mmol)和0.294g檸檬酸三鈉(1mmol)溶于20ml去離子水中配制成無機鈷鹽溶液，再稱取0.132g鐵氰化鉀(0.8mmol)溶于去20ml離子水中配制成鐵氰化鉀溶液；在攪拌下，將鐵氰化鉀溶液緩慢滴加入無機鈷鹽溶液中；室溫下，靜置老化24小時，離心收集樣品，使用去離子水洗滌3次，于60°烘干。從圖5可以看到尺寸約300nm的co-fe類普魯士藍納米立方。

實施例2的應(yīng)用例

如按實施例2的應(yīng)用例所述方法制備co-fe類普魯士藍納米立方電極并進行性能測試。從圖6，可以測得co-fe類普魯士藍納米立方電極在1mol/l硫酸鈉溶液中電流為5a/g恒電流充放電時的電容值為388f/g。