[發明專利]一種氮化鈦-聚吡咯納米柱陣列材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201810556848.0
• 申請日: 2018-06-01
• 公開（公告）號: CN108766777B
• 公開（公告）日: 2020-08-07
• 發明（設計）人: 王永;李春迎;吳長宇;徐凱;韓翠平;李菁菁
• 申請（專利權）人: 徐州醫科大學
• 主分類號: H01G11/24
• 分類號: H01G11/24;H01G11/30;H01G11/32;H01G11/48;H01G11/86
• 代理公司: 廣州三環專利商標代理有限公司 44202
• 代理人: 賈允;肖丁

本發明涉及一種氮化鈦?聚吡咯納米柱陣列材料的制備方法和應用，所述方法包括以下步驟：S1.以碳紙作為基底材料，在其表面生長二氧化鈦納米柱陣列，得到負載二氧化鈦納米柱陣列的碳紙；S2.將負載二氧化鈦納米柱陣列的碳紙進行氮化處理，得到負載氮化鈦納米柱陣列的碳紙；S3.采用常規脈沖伏安法，在負載氮化鈦納米柱陣列的碳紙上沉積聚吡咯，得到氮化鈦?聚吡咯納米柱陣列材料。本發明制備的氮化鈦?聚吡咯納米柱陣列材料，由于氮化鈦納米柱的導電性高、比表面大，每一根氮化鈦納米柱均被一層均勻的聚吡咯完全包裹，提高了材料的比電容。

技術領域

本發明涉及新能源材料技術領域，尤其涉及一種氮化鈦-聚吡咯納米柱陣列材料及其制備方法和應用。

背景技術

隨著煤、石油、天然氣等不可再生資源的日益枯竭，新能源材料與儲能器件的開發是目前世界性的重要課題。其中，超級電容器的研究日益得到廣泛關注，并成為新型儲能器件的一個研究熱點。超級電容器，即電化學電容器，具有充放電速度快、充放電效率高、功率密度高、循環壽命長、安全性高以及成本低等眾多優點，在電動汽車、移動通信、信息技術、便攜式電子器件及航空航天等領域具有廣闊的應用前景。

電極材料是決定超級電容器性能的關鍵因素，其組成和結構對電容器的主要性能，如比電容、內阻和循環壽命都有著決定性的影響。因此，具有高比能量和高比功率的電極材料的制備是超級電容器研究的核心課題。目前，超級電容器的電極材料主要有碳材料(炭黑、活性炭、石墨烯、碳納米管、碳納米纖維等)、金屬氧化物(RuO₂、IrO₂、NiO、MnO₂、CoO_x、V₂O₅、MoO₃等)和導電聚合物(聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺等及其衍生物)。其中，聚吡咯(polypyrrole，PPy)作為一種典型的導電聚合物，具有電導率高、電化學可逆性強、化學穩定性好、易成膜、無毒、易于制備和摻雜等優點，是一種非常有發展潛力的超級電容器電極材料。然而，單純以聚吡咯作為電容器電極材料，內阻較大、大功率放電性能和長期充放電循環的穩定性較差。

金屬氮化物具有優良的電子導電性和高的比容量，是一種新型的電極材料。氮化鈦的超高的電導率(4000-55500S·cm^-1)和機械穩定性使之成為非常有發展潛力的超級電容器的電極材料，但是氮化鈦納米材料易從電極表面的脫落，不穩定。

綜上所述，現有的超級電容器的電極材料還存在許多缺陷，不能很好地滿足實際應用的需求，因此，有必要對超級電容器電極材料進行改進。

發明內容

針對現有技術的上述問題，本發明的目的是提供一種氮化鈦-聚吡咯納米柱陣列材料及其制備方法和應用。

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種氮化鈦-聚吡咯納米柱陣列材料的制備方法，包括以下步驟：

S1.以碳紙作為基底材料，在其表面生長二氧化鈦納米柱陣列，得到負載二氧化鈦納米柱陣列的碳紙；

S2.將所述負載二氧化鈦納米柱陣列的碳紙進行氮化處理，得到負載氮化鈦納米柱陣列的碳紙；

S3.采用常規脈沖伏安法，在所述負載氮化鈦納米柱陣列的碳紙上沉積聚吡咯，得到氮化鈦-聚吡咯納米柱陣列材料。

優選地，所述步驟S1包括以下步驟：

S101.將碳紙裁剪成一定的尺寸，然后依次采用丙酮和水對其進行超聲洗滌，之后烘干，得到預處理后碳紙；

S102.將鈦源加入反應容器中，邊攪拌邊加入無水乙醇，然后加入冰乙酸，不斷攪拌至反應液呈乳白色，得到二氧化鈦溶膠；

其中步驟S101與步驟S102可調換順序；