一种表面粗糙的氧化铁纳米管的制备方法与流程

本发明涉及一种表面粗糙的氧化铁纳米管的制备方法，属于电池材料。

背景技术：

1、在锂离子电池中，氧化铁是最有希望取代石墨的负极材料之一。氧化铁具有优异的可逆性能和较高的理论容量，但是其存在容量保持力差，效率低等问题。为了克服氧化铁电极的缺点，人们花费了大量的精力来研究各种氧化铁基电极材料。其中一个可行的解决方案是制造具有特定纳米结构的氧化铁，如纳米颗粒、纳米棒、纳米管和微球。氧化铁纳米管的一维纳米结构表现出明显的优势，包括增加电解质与活性材料之间的接触表面积，缩短电子的迁移路径等，因此，制备氧化铁纳米管是一个有吸引力的挑战，尤其是具有高比表面积特性的氧化铁纳米管。

2、氧化铁纳米管目前主要制备方法为阳极氧化法。cn102311153a以金属铁作为基体，将其作为工作电极，铂片为对电极，电解液中进行电化学阳极氧化处理，在铁基体表面获得有序的氧化铁纳米管阵列电极。此方法的原理为先通过阳极氧化法制备feooh纳米管，然后热处理，制备出氧化铁纳米管。文献doi:10.1021/jp904560n同样使用阳极氧化法制备氧化铁纳米管，其纳米管壁厚均匀，表面光滑。

技术实现思路

1、本发明为提供一种表面粗糙的氧化铁纳米管的方法。该方法能稳定制备表面粗糙，比表面积大的氧化铁纳米管，操作过程简单。

2、为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种表面粗糙的氧化铁纳米管的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

4、制备双通纳米孔道的阳极氧化铝模板

5、将预处理的高纯铝片置于草酸溶液中一次阳极氧化，得到表面形成氧化膜的一次氧化铝片，然后置于磷酸和铬酸混合水溶液去除氧化膜，再将铝片置于草酸溶液中进行二次阳极氧化，再置于氯化铜水溶液中去除基底，置于磷酸水溶液中扩孔，得到双通纳米孔道的阳极氧化铝模板。

6、（b）恒电位沉积fe纳米管

7、（b-1）溅射导电层：将阳极氧化铝模板固定于磁控溅射的夹具中溅射一层铜膜；

8、（b-2）恒电位电沉积：在三电极体系中，以（b-1）处理后的阳极氧化铝模板作为工作电极、铂片为对电极、饱和甘汞电极为参比电极，将饱和甘汞电极浸泡在饱和kcl溶液中，将工作电极及对电极浸泡在含二价铁的电解液中，用盐桥连接饱和kcl溶液和电解液，进行电沉积；

9、（c）氧化fe纳米管

10、（c-1）清洗fe纳米管：将步骤（b-2）沉积有fe纳米管的氧化铝模板用去离子水和乙醇清洗；

11、（c-2）第一次氧化：将（c-1）氧化铝模板置于高温高湿机中烘烤；

12、（c-3）第二次氧化：将（c-2）氧化铝模板置于管式炉中高温纯氧烘烤；

13、（d）释放氧化铁纳米管：将步骤（c-2）阳极氧化铝模板浸泡于后处理溶液中去除氧化铝模板和铜膜，即得所述表面粗糙的氧化铁纳米管。

14、 作为优选，所述步骤（b-2）中，电解液包含可溶沉积盐，硼酸，可溶电解质盐，具体电解液的组成包括10~30 g/l feso4•6h2o、6 ~8 g/l nacl、3~5 g/l h3bo3、1-2 g/l 抗坏血酸。

15、 作为优选，所述步骤（b-2）中，还包括将工作电极及对电极浸泡在电解液中，以搅拌速率200 r/min搅拌30 min后停止搅拌，用盐桥连接饱和kcl溶液和电解液，进行电沉积。

16、作为优选，所述步骤（b-2）中沉积条件为ph 3~4，沉积电压为2-3v，沉积时间150-300s，沉积温度20-30℃。

17、作为优选，所述步骤（c-2）中烘烤温度为65-95℃，烘烤时的湿度为35-85%，烘烤时间12-18h。

18、作为优选，所述步骤（c-3）中管式炉温度为150-200℃，保温时间0.5-1h，升温速率0.2℃/min，气氛氧气。

19、作为优选，所述步骤（d）中后处理溶液为0.5~1.0 mol/l的氢氧化钠溶液，浸泡时间为50-70 min。

20、步骤（a）中，具体包含如下详细过程：

21、（a-1）一次氧化：将经过退火、超声洗涤预处理的高纯铝片置于草酸水溶液中进行一次阳极氧化，得到表面形成氧化膜的一次氧化铝片；

22、（a-2）去除一次氧化膜：取一次氧化铝片，置于磷酸和铬酸混合水溶液中浸泡，然后用水清洗干净，得到去除表面氧化膜的铝片；

23、（a-3）二次氧化：将已除去表面氧化膜的铝片置于草酸水溶液中进行二次阳极氧化,氧化过程中氧化电压逐渐下降；

24、（a-4）去基底：将二次氧化后的铝片取出水清洗，再置于氯化铜水溶液中浸泡，之后用水清洗干净；

25、（a-5）扩孔：将去基底的铝片置于磷酸水溶液中扩孔，得到双通纳米孔道的阳极氧化铝模板。

26、所制备的氧化铝模板的孔道上下都是通的，然后在一个面溅射上铜膜作为导电膜，另外一个面作为液体流入通道。两次氧化的目的是使氧化出的aao模板孔道更加有序。第一次氧化再除掉氧化层 然后铝片上会出现氧化凹坑，这些凹坑作为第二次氧化的位点，这样第二次氧化的管道更加有序。

27、本发明方法，以二次氧化的aao为模板，利用电化学氢气辅助沉积方法制备fe纳米管阵列。fe纳米管阵列在二次氧化过程中缓慢氧化，形成表面粗糙的氧化铁纳米管。此方法制备的氧化铁纳米管表面粗糙，表面效应将更加明显，这有利于其在锂离子电池，化学传感器和光解水制氢电极等领域的应用。

技术特征：

1.一种表面粗糙的氧化铁纳米管的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：

2. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（b-2）中，电解液的组成包括10-30 g/l feso4•6h2o、6 -8 g/l nacl、3-5 g/l h3bo3、1-2 g/l 抗坏血酸。

3. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（b-2）中，还包括将工作电极及对电极浸泡在电解液中，以搅拌速率200 r/min搅拌30 min后停止搅拌，用盐桥连接饱和kcl溶液和电解液，进行电沉积。

4. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（b-2）中沉积条件为ph 3~4，沉积电压为2-3v，沉积时间150-300s，沉积温度20-30℃。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（c-2）中烘烤温度为65-95℃，烘烤时的湿度为35-85%，烘烤时间12-18h。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（c-3）中管式炉温度为150-200℃，保温时间0.5-1h，升温速率0.2℃/min，气氛氧气。

7. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（d）中后处理溶液为0.5-1.0 mol/l的氢氧化钠溶液，浸泡时间为50-70 min。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（a）中，具体包含如下详细过程：

技术总结本发明涉及一种表面粗糙的氧化铁纳米管的制备方法，属于电池材料技术领域。本发明方法为在双通纳米孔道的阳极氧化铝模板上，利用电化学氢气辅助沉积方法制备Fe纳米管阵列。Fe纳米管阵列在二次氧化过程中缓慢氧化，形成表面粗糙的氧化铁纳米管。此方法制备的氧化铁纳米管表面粗糙，表面效应将更加明显，这有利于其在锂离子电池，化学传感器和光解水制氢电极等领域的应用。技术研发人员：王凌云,钱珂受保护的技术使用者：曼尼蒂克新材料（湖州）有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/5