[發明專利]一種多孔的二氧化錳及碳的復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201410323768.2
• 申請日: 2014-07-09
• 公開（公告）號: CN104134548B
• 公開（公告）日: 2017-02-15
• 發明（設計）人: 萬傳云;沈海燕;楊雅棋
• 申請（專利權）人: 上海應用技術學院
• 主分類號: H01G11/26
• 分類號: H01G11/26;H01G11/46;H01G11/32;H01G11/86
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司31001
• 代理人: 吳寶根,馬文峰

技術領域

本發明涉及一種多孔的二氧化錳及碳的復合材料及其制備方法。

背景技術

超級電容器是二十世紀年代末出現的一種新型儲能元件，其儲能性質介于傳統靜電電容器和化學電源之間，具有功率密度高、充電時間短、大電流工作特性好、壽命長、低溫性能優于蓄電池等特點，被成為綠色能源。目前超級電容器主要存在的問題是能量密度需要進一步提高，成本需要進一步降低。

二氧化錳是地球資源豐富、成本低、對環境友好的一種能源材料，已經在原電池、鋰離子電池等體系得到廣泛應用。由于其具有高的贗電容，其在超級電容器中的應用潛力巨大。但二氧化錳自身是半導體材料，其導電率低的特性影響了其在超級電容器中的性能發揮，常規所得二氧化錳的比電容器值為100-200F/g。為了提高其活性，人們嘗試從改善其導電性、改進其結構及與其他物種進行復合等角度來對二氧化錳進行修飾。

多孔道的、大比表面的、導電性高的二氧化錳是人們最求的目標，然而，關于多孔的二氧化錳及碳的復合材料的報道主要是采用水熱法、電沉積法。這些方法條件要求比較高，且二者復合是均勻分布比較困難,導致碳材料不能充分發揮其導電作用,使復合材料的導電性欠佳,電化學性能差，而該問題正是本發明要解決的技術問題。

發明內容

本發明的目的之一是為了提供一種多孔的二氧化錳及碳的復合材料，該多孔的二氧化錳及碳的復合材料提高了二氧化錳的比電容量，改善二氧化錳的導電性，進而提高二氧化錳作為超級電容器電極材料的電化學性能。

本發明的目的之二是提供上述的一種多孔的二氧化錳及碳的復合材料的制備方法。

本發明的技術方案

一種多孔的二氧化錳及碳的復合材料，按重量百分比計算，其含碳量為30-40%，優選為28.5-36.1%。

上述的多孔的二氧化錳及碳的復合材料，通過包括以下步驟的方法制備而成：

（1）、向溫度為80-90℃、濃度為10-20mol/L硝酸鋁水溶液中慢慢加入0.5-1mol/L的碳酸銨水溶液，攪拌直至溶液透明，然后控制溫度為-20℃進行冷凍干燥，然后轉移到馬弗爐中控制升溫速率為5℃/min升溫至200℃-300℃加熱分解8h-10h，所得固體物為具有多孔結構的三氧化二鋁；

上述所用的10-20mol/L硝酸鋁水溶液和0.5-1mol/L碳酸銨水溶液的量，按摩爾比計算，即硝酸鋁：碳酸銨為1：0.6-0.7；?

（2）、多孔碳的制備

將步驟（1）所得的具有多孔結構的三氧化二鋁浸入正丁醇中，抽真空靜置10-20min，將其轉移到管式恒溫爐中，控制溫度為500-600℃進行分解反應1-3h，得到含有多孔三氧化二鋁和碳的固體，然后清除掉含有多孔三氧化二鋁和碳的固體中的三氧化二鋁，得到多孔碳；

所述的清除掉含有多孔三氧化二鋁和碳的固體中的三氧化二鋁，即向含有多孔三氧化二鋁和碳的固體中加入體積百分比濃度為10%-30%的硫酸水溶液，控制溫度70-80℃進行反應7-8h，以便溶解三氧化二鋁，反應結束后過濾，所得的濾餅用蒸餾水洗滌至流出液的pH值為中性，再將其加入到質量百分比濃度為10-20%的氫氧化鈉水溶液中，控制溫度70-80℃進行反應7-8h，以便加速溶解三氧化鋁，反應結束后過濾，所得的濾餅用蒸餾水洗滌至流出液的pH值為中性，然后在真空條件下110℃烘干，即得多孔碳；

（3）、復合材料的制備

將多孔碳浸入到濃度為0.001-0.005mol/L的高錳酸鉀水溶液中進行0.5-1h，讓高錳酸鉀充分的進入到三氧化二鋁的孔道中，然后抽濾；?

抽濾所得的濾餅浸入到濃度為0.005-0.015mol/L的氯化錳水溶液中，控制攪拌轉速為2000-3000r/min下進行二氧化錳的生成反應1-3h，然后再次抽濾；

再次抽濾所得的濾餅用蒸餾水洗滌至流出液的pH值為中性，然后在真空條件下110℃烘干，即得多孔的二氧化錳及碳的復合材料。

上述所得的多孔的二氧化錳及碳的復合材料，其為海綿狀立體多孔結構，用BET比表面儀器（micromeritics?asap2020?HD88）進行檢測，其孔徑為2-9nm，其比表面積為312.4-361.8m²/g。

本發明的有益結果