[發明專利]一種聚多巴胺/碳納米管@鈷鎳氧化物復合材料及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 201810709900.1
• 申請日: 2018-07-02
• 公開（公告）號: CN108987119A
• 公開（公告）日: 2018-12-11
• 發明（設計）人: 鄒勇進;張璽;向翠麗;孫立賢;徐芬
• 申請（專利權）人: 桂林電子科技大學
• 主分類號: H01G11/24
• 分類號: H01G11/24;H01G11/30;H01G11/36;H01G11/46;H01G11/48;H01G11/86
• 代理公司: 桂林市華杰專利商標事務所有限責任公司 45112
• 代理人: 周雯

本發明公開了一種聚多巴胺/碳納米管@鈷鎳氧化物復合材料，由鹽酸多巴胺和碳納米管混合，先經碳化處理，得到具有聚多巴胺修飾的碳納米管，然后與硝酸鈷、硝酸鎳混合經硼氫化鈉還原，最后再將混合物熱處理即可。其制備方法包括：1）聚多巴胺?碳納米管的制備；2）聚多巴胺?碳納米管?硝酸鈷?硝酸鎳粉末的制備；3）聚多巴胺/碳納米管@鈷鎳氧化物復合材料的制備。作為超級電容器電極材料，在?0.1?0.45V范圍內充放電，在放電電流密度為1A/g時，比電容可以達到900?1000F/g。本發明采用碳化法和水熱法，工藝簡單；以聚多巴胺修飾的碳納米管為骨架，提供了大的比表面積，具有優異的電化學特性和化學穩定性。

技術領域

本發明涉及超級電容器技術領域，具體涉及一種聚多巴胺/碳納米管@鈷鎳氧化物復合材料及其制備方法和應用。

背景技術

超級電容器是一種新型儲能裝置，它具有功率密度高、充電時間短、使用壽命長、溫度特性好、節約能源和綠色環保等特點。超級電容器是介于傳統物理電容器和電池之間的一種較佳的儲能元件，其巨大的優越性表現為：(1)功率密度高。超級電容器的內阻很小，而且在電極/溶液界面和電極材料本體內均能實現電荷的快速儲存和釋放。(2)充放電循環壽命長。超級電容器在充放電過程中沒有發生電化學反應，其循環壽命可達萬次以上。(3)充電時間短。完全充電只需數分鐘。(4)實現高比功率和高比能量輸出。(5)環境溫度對正常使用影響不大。超級電容器的正常工作溫度范圍在-35-75℃。

碳材料單獨作為超級電容器電極材料比電容較小，過渡金屬氧化物單獨作為超級電容器電極材料結構致密，導電性能差，用導電性能較好的碳素材料復合比電容較大的金屬氧化物，如此一來很好的解決了碳電極材料和金屬氧化物電極材料相比比電容較小，過渡金屬氧化物單獨作為超級電容器電極材料結構致密，不利于電解液的浸潤，導電性能較差的問題。

多巴胺作為一種生物粘附蛋白，既具有強黏附性又富含各種官能團，其可在不同材質表面進一步反應形成功能層，從而實現對材料表面的功能化改性。聚多巴胺結構中含有大量的-OH和-NH₂，是很好的二級反應平臺。一方面，這些基團可以用于接枝反應；另一方面，這些基團能夠有效地吸收金屬離子，加上聚多巴胺本身具有弱的還原性，可將貴金屬離子溶液還原成貴金屬納米粒子（MNPs），貴MNPs修飾的聚多巴胺傳感器制備簡單，靈敏高效。同時，由于聚多巴胺具有氧化反應選擇性，以聚多巴胺為基礎制作的碳微球在堿性環境下更加多孔，比表面積大，適合做超級電容器的電極材料。

發明內容

本發明的目的是提供一種聚多巴胺/碳納米管@鈷鎳氧化物復合材料及其制備方法和在超級電容器領域的應用。

利用多巴胺的優異的粘附性以及自聚合性能聚合在碳納米管的表面，通過高溫碳化處理，然后利用聚多巴胺的弱還原性以及還原劑的作用還原得到Co和Ni；之后Co和Ni又被材料中含的氧或空氣中的氧氣分別氧化成CoO和NiO。

聚多巴胺碳化后得到的碳納米微球具有更好地導電能力，聚多巴胺的C原子在環內更易轉換為Sp2C；Sp3的減少以及電活性N的高度摻雜使碳球具有更低的阻抗。

因此，所得到的復合材料不僅表現出多孔碳的雙電層電容性能，而且表現出金屬氧化物的法拉第電容性能，因而具有作為超級電容器的電極材料的良好性能。一方面碳納米管，氮摻雜的碳具有良好的導電性，可以提供高的雙電層電容；另一方面CoO、NiO的存在提高了復合材料的導電性，有效克制了氧化物在電解質的腐蝕和充放電過程中的體積收縮，有效提高了復合材料比電容，以聚多巴胺為基礎制作的碳微球在堿性環境下更加多孔，比表面積大，是制作性能優異的超級電容器的電極材料。

為了實現上述發明目的，本發明采用的技術方案為：

一種聚多巴胺/碳納米管@鈷鎳氧化物復合材料，由鹽酸多巴胺和碳納米管混合，先經碳化處理，得到具有聚多巴胺修飾的碳納米管，所述的含氮聚合物為聚多巴胺，所述聚多巴胺/碳納米管@鈷鎳氧化物復合材料中，碳殼是氮摻雜的。