一种二氧化钌基复合纳米材料
超级电容器（又称电化学电容器）因具有高功率密度、高能量密度和长循环寿命 的特点而受到广泛关注，超级电容器主要依靠高比表面积材料表面或体相发生的快速可逆 的法拉第反应或准法拉第反应进行储能。目前主要研究电极材料有介孔碳材料、水合金属 氧化物和导电聚合物以及它们的复合物，碳材料基于碳电极/电解液界面上电荷分离所产 生的双电层电容来储能，而此O2等氧化物依赖氧化物表面或体相中发生的氧化还原反应而 产生的吸附电容。该类电容的产生由于伴随这电荷传递过程的发生而不同于双电层电容， 被称为法拉第准电容。在相同的比表面积条件下，后者的比电容是前者的10〜100倍。但碳材料的瞬时大电流放电功率性能好于后者。Ru02的电化学性能主要受其结 构、形貌和制备方法的影响，增大氧化钌材料的比表面积同时改善Ru02颗粒与基体材料间 的接触是进一步提高氧化钌材料大倍率性能的重要途径。因而开发出一种大比表面积、结 构和化学特性复合高性能电容器需求的电极材料是一项重要的技术。目前为增大氧化物的电极比表面积同时降低材料的成本通常采用方案是将纳米 氧化物颗粒与大比表面积的碳材料复合。
本发明的目的之一在于提供一种简单的原位氧化还原的方法制备二氧化钌/金 属纳米颗粒/碳复合纳米材料。本发明的方法具有工艺设备简单，产率高，成本低，无污染， 易实现工业化规模生产等特点，具有很大的实际应用前景。并且本发明制备的材料由于其 良好的电子电导性和质子转移能力，而表现出优异的大电流放电性能和容量性能。具体技术方案如下：将碳基体分散于水中，然后加入钌源和氧化性金属源，调节溶液pH值，搅拌吸附 后，油浴反应，然后离心，洗漆，惰性气氛中煅烧即得所述复合纳米材料。通过液相中低温氧化还原反应直接在活性炭表面沉积纳米活性材料，同时 引入金属纳米颗粒，起到辅助传递质子和电子的双重作用。本发明能解决目前二氧化钌/ 碳复合材料制备方法存在的方法复杂，设备要求高以及复合材料大功率性能不佳等技术问题。油浴反应温度为40〜100°C，此反应温度下可以保证氧化还原反应 发生，又不至于反应进行太快而导致活性材料聚集成团，特别优选为 90°C，反应时间为3h。煅烧可以使用常用的高温煅烧工具如马弗炉等。通过将钌离子搅拌吸附于含有活性位的碳基体表面后，利用氧化性金属离 子氧化钌离子，在碳基体表面生成二氧化钌/纳米金属复合物，同时复合材料吸附于碳基 体的表面，形成二氧化钌/金属纳米颗粒/碳复合材料。本发明制得的材料尺寸细小，分散 均匀，本发明制备的材料具有良好的电子电导性和质子转移能力，从而表现出优异的大电 流放电性能和容量性能。
本发明提供的钌基复合纳米材料其制备方法的特点是： (1)纳米尺度的Ru02/Au纳米复合材料可以均匀分散于碳基体的表面，Ru0 2/Au的 颗粒尺寸在lnm〜5nm。(2)该Ru02为无定形态水合二氧化钌，具有优越的电化学性能。(3)本发明采用一步氧化还原法得到二氧化钌/金属纳米颗粒/碳复合电极材料， 工艺设备简单，产率高，成本低，无污染。本发明制备的该二氧化钌/金属纳米颗粒/碳复合材料用于超级电容器电极，由 于其巨大的比表面积、优良的电子导电和质子传输能力，在电池充放电时，能够快速的进行 充放电，有着较高的比容量和优异的大电流放电性能，能够有效地提高电极的能量密度和 功率密度。