一种银纳米线与四氧化三锰一维核壳复合纳米材料的制备方法与流程

本发明涉及超级电容器电极材料的制备，特别是一种银纳米线与四氧化三锰一维核壳复合纳米材料的制备方法。

背景技术：

超级电容器又称为电化学电容器，是一种介于传统电容器和电池之间的新型储能设备。超级电容器具有较高的功率密度、较长的循环寿命、较宽的工作温度范围等优点而被认为是非常理想的储能装置。根据反应机理的不同，超级电容器可以分为双电层电容器和法拉第赝电容器。双电层电容器通过电解质离子在活性材料表面上的可逆静电吸附来存储电荷。法拉第赝电容器是以活性物质表面及体相所发生的快速的氧化还原反应形式存储能量。双电层电容器的电极材料主要是碳材料，如活性炭、碳纳米管和石墨烯等。法拉第赝电容器的电极材料主要是过渡族金属氧化物和导电聚合物。过渡族金属氧化物相比碳材料有较高的能量密度而受到广泛研究，其中锰的氧化物由于环境友好、储量丰富、理论电容高和电压窗口宽等优点倍受青睐。但由于其材料本身导电性差，形貌、孔径及孔分布难于调节等缺点，实际电容性能并不理想。因而使其与导电性好、形貌易于调节的材料相复合是个不错的选择。

众所周知，金属银具有非常优异的导电性能。而一维纳米材料银纳米线，又具有高的比表面积并且分散性，稳定性也较好。因此，把锰的氧化物与银纳米线复合以改善其导电性进而增强电容性能。综上所述，开发一种操作简单、成本低廉、环境友好的银纳米线与四氧化三锰核壳结构复合纳米材料具有重要意义。

技术实现要素：

本发明的目的是针对上述存在问题，提供一种银纳米线与四氧化三锰一维核壳纳米复合材料的制备方法，该制备方法工艺简单，不需要长时间和高温度等复杂的步骤，简化了制备流程，易于操作且降低了能耗；制品的成分及含量可调，该复合材料表现出更高的比容量、更好的倍率性能和循环性能；制备过程中不会造成环境污染，绿色环保，适合大规模生产。。

本发明的技术方案：

一种银纳米线与四氧化三锰一维核壳纳米复合材料的制备方法，步骤如下：

1)将浓度为5mg/mL银纳米线-乙醇分散液加入到无水乙醇中，银纳米线-乙醇分散液与无水乙醇的体积比为1：50，磁力搅拌致分散均匀，得到混合液；

2)将浓度为30mg/mL高锰酸钾溶液逐滴加入到上述混合液中，高锰酸钾溶液与混合液的体积比为1.67：51，室温下保持磁力搅拌12小时，分别用去离子水和无水乙醇离心洗涤3次、60℃真空干燥12个小时，获得棕色粉末；

3)将上述棕色粉末，置于管式炉中，在氩气气氛下，以10℃每分钟的升温速度，在200-400℃下煅烧2h，自然冷却到室温，制得银纳米线与四氧化三锰一维核壳复合纳米材料。

本发明的优点和有益效果是：

该银纳米线与四氧化三锰一维核壳复合纳米材料的制备方法工艺简单，不需要长时间和高温度等复杂的步骤，简化了制备流程，易于操作且降低了能耗；制品的成分及含量可调，该复合材料表现出更高的比容量、更好的倍率性能和循环性能；制备过程中不会造成环境污染，绿色环保，适合大规模生产。

附图说明

图1为银纳米线与四氧化三锰一维核壳复合纳米材料的SEM图。

图2为银纳米线与四氧化三锰一维核壳复合纳米材料的XRD图。

图3为银纳米线与四氧化三锰一维核壳复合纳米材料的TEM图。

图4为银纳米线与四氧化三锰一维核壳复合纳米材料在不同电流密度下的放电曲线。

图5为银纳米线与四氧化三锰一维核壳复合纳米材料在电流密度为1A/g下的循环寿命图。

图6为银纳米线与四氧化三锰一维核壳复合纳米材料的倍率性能图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步描述。

实施例1：

一种银纳米线与四氧化三锰一维核壳纳米复合材料的制备方法，步骤如下：

1)将1mL浓度为5mg/mL的银纳米线-乙醇分散液，加入到50mL无水乙醇中，磁力搅拌致分散均匀，得到混合液；

2)将1.670mlL浓度30mg/mL高锰酸钾溶液，逐滴加入到上述混合液中，室温下保持磁力搅拌12小时，分别用去离子水和无水乙醇离心洗涤3次、60℃真空干燥12个小时，获得棕色粉末；

3)将上述棕色粉末，置于管式炉中，在氩气气氛下，以10℃每分钟的升温速度，在400℃下煅烧2h，自然冷却到室温，制得银纳米线与四氧化三锰一维核壳复合纳米材料。

图1为银纳米线与四氧化三锰一维核壳复合纳米材料的SEM图，图中显示产物保持银纳米线的一维结构，且直径为100nm，长度不等最长达数十微米。

图2为该复合纳米材料的XRD图，煅烧后所有衍射峰都可归属为四氧化三锰和银。

图3为该复合纳米材料的TEM图，从图中可以看出形成明显的核壳结构。

图4该复合纳米材料在不同电流密度下的充放电曲线，图中表明：电化学性能优异，在1A/g电流密度下放电容量可以达到190F/g。

图5为银纳米线与四氧化三锰一维核壳复合纳米材料在电流密度为1A/g下的循环寿命图，图中表明：循环3000周后容量保持在80％以上。

图6为该复合纳米材料的倍率性能图，图中表明：在不同电流密度下该材料的电容变化不大，表明该材料具有优异的倍率性能。

实施例2：

一种银纳米线与四氧化三锰一维核壳纳米复合材料的制备方法，步骤如下：

1)将1mL浓度为5mg/mL的银纳米线-乙醇分散液，加入到50mL无水乙醇中，磁力搅拌致分散均匀，得到混合液；

2)将1.670mL浓度30mg/mL高锰酸钾溶液，逐滴加入到上述混合液中，室温下保持磁力搅拌12小时，分别用去离子水和无水乙醇离心洗涤3次、60℃真空干燥12个小时，获得棕色粉末；

3)将上述棕色粉末，置于管式炉中，在氩气气氛下，以10℃每分钟的升温速度，在300℃下煅烧2h，自然冷却到室温，制得银纳米线与四氧化三锰一维核壳复合纳米材料。

制备的银纳米线与四氧化三锰一维核壳复合纳米材料与实施例1类同。

实施例3：

一种银纳米线与四氧化三锰一维核壳纳米复合材料的制备方法，步骤如下：

1)将1mL浓度为5mg/mL的银纳米线-乙醇分散液，加入到50mL无水乙醇中，磁力搅拌致分散均匀，得到混合液；

2)将1.670mL浓度30mg/mlL高锰酸钾溶液，逐滴加入到上述混合液中，室温下保持磁力搅拌12小时，分别用去离子水和无水乙醇离心洗涤3次、60℃真空干燥12个小时，获得棕色粉末；

3)将上述棕色粉末，置于管式炉中，在氩气气氛下，以10℃每分钟的升温速度，在200℃下煅烧2h，自然冷却到室温，制得银纳米线与四氧化三锰一维核壳复合纳米材料。

制备的银纳米线与四氧化三锰一维核壳复合纳米材料与实施例1类同。