[發(fā)明專利]電化學應用的分級多孔碳納米薄片及制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711486543.9
• 申請日: 2017-12-29
• 公開（公告）號: CN108328601A
• 公開（公告）日: 2018-07-27
• 發(fā)明（設計）人: 張松利;梁智萍
• 申請（專利權）人: 鎮(zhèn)江海利新材料科技有限公司
• 主分類號: C01B32/15
• 分類號: C01B32/15;H01G11/36
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明涉及一種超級電容器的電極材料制備方法及應用，具體是涉及分級多孔碳納米薄片制備及電化學用。公開了一種使用K₂CO₃為輔助原料，通過控制溫度制度來調(diào)節(jié)碳納米薄片表面的孔徑大小和分布的制備方法及其作為超級電容器電極材料，其特征在于：所述材料在碳納米薄片的表面具有許多孔徑尺寸不同，且分布具有一定規(guī)律的分級多孔碳材料。與傳統(tǒng)的模板法相比，該方法操作簡單，工藝流程綠色環(huán)保，適合企業(yè)大規(guī)?；a(chǎn)。這種分級多孔的碳納米薄片，不同大小的孔徑，可以促進離子的吸附和脫附，加速電子的快速傳輸，可以顯著地改善和提高碳材料的電容性能。

技術領域

本發(fā)明涉及一種新型的分級多孔碳納米薄片材料的制備及其作為超級電容器的電極材料的應用，其特征在于以K₂CO₃為輔助原料，通過產(chǎn)生CO₂氣體的速率來控制碳納米片材料的孔徑分布和大小，相比于其他的模板法制備分級多孔材料，具有明顯的優(yōu)勢。

背景技術

分級多孔碳材料的表面具有不同尺寸和分布的孔結(jié)構，以及較大的比表面積，從而使其在氣體吸附和擴散以及能量存儲領域具有重要的應用。

近年來，超容電容器因其眾多優(yōu)異的性能，已經(jīng)受到了人們的極大的關注。一般而言，超容的容量主要取決于，材料的比表面積、電極材料的自然屬性、材料的孔徑分布以及材料的導電性能?，F(xiàn)在商用超級電容器電極材料主要是碳材料，與此同時，不同形貌的碳材料被制備了出來。其中，分級多孔的碳材料由于其獨特的表面結(jié)構，引起了人們的極大興趣。分級多孔的碳納米片材料，根據(jù)孔徑的大小將材料的孔徑分為微孔（<2 nm）、介孔（2-50nm）以及大孔（>50 nm）。在電解液中，不同的孔徑與不同直徑大小的離子具有不同的作用，微孔可以作為離子和電子的快速傳輸通道，而中孔又可以對離子有良好的吸附作用，促進離子的擴散。小于1nm的微孔同時具有較大的比表面積可以表現(xiàn)出最好的電容量。相比于其莫辦法制備出來的分級多孔碳材料，該方法綠色環(huán)保，工藝簡單高效，首次通過引入K₂CO₃為原料，通過在制備工程中，控制升溫速率以及保溫時間，成功制備出分級多孔的碳納米薄片材料。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是，通過控制溫度制度來控制CO₂氣體產(chǎn)生的速率，進而控制碳納米薄片表面孔徑的大小和分布。所得的材料作為超級電容器的電極材料表現(xiàn)出良好的超容性能。

本發(fā)明的目的在于提供一種具有分級多孔碳材料的制備方法及其超級電容器中的應用。實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術方案為制備一種分級多孔結(jié)構的碳納米片材料，并將其應用于超級電容器的電極材料，相比于傳統(tǒng)的模板法制備多孔材料，本發(fā)明具有一定的創(chuàng)新性。

一種分級多孔碳納米薄片制備其特征在于該電極材料采用以下步驟：

（1）用天平稱取一定量的檸檬酸鉀和一定量的碳酸鉀加入到瑪瑙研缽中研磨成混合均勻的白色粉體材料。

（2）用天平稱取步驟（2）中的混合粉體2 g加入到瓷舟中，放入到管式爐中，通入惰性氣體氬氣，在2℃/min的升溫速率下，加熱至350℃，保溫2 h，隨后在5℃/min的速率下，加熱至900℃，最后自然冷至室溫，用瑪瑙研缽研磨收集。

（3）配置1 L 1mol/L標準的HCl溶液，將步驟（2）中的產(chǎn)物加入到200 ml的1 mol/L標準HCl溶液中，并用玻璃棒攪拌，隨后靜置沉淀2 h，收集沉淀于燒杯底部的產(chǎn)物，用去離子水離心洗滌，多次重復上述操作，以去除產(chǎn)物中殘留的雜質(zhì)。

（4）將步驟（3）中的產(chǎn)物放入到110℃的真空干燥箱中，干燥48 h，最后用瑪瑙研缽研磨最終產(chǎn)物，并收集。

其中，步驟（1）中檸檬酸酸鉀和碳酸鉀的質(zhì)量比為5:1。

將上述制備方法制得的分級多孔碳納米片用于超級電容器的電極材料，并對其電化學性能進行測試。