[發(fā)明專利]一種超級電容器用多原子摻雜碳/聚苯胺復(fù)合材料的制備方法

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• 申請日: 2019-04-26
• 公開（公告）號: CN110060877A
• 公開（公告）日: 2019-07-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 霍瑤;黃燕;何艷峰;曹達(dá)鵬
• 申請（專利權(quán)）人: 北京化工大學(xué)
• 主分類號: H01G11/30
• 分類號: H01G11/30;H01G11/44;H01G11/48;H01G11/24;C01B32/05
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 張立改

一種超級電容器用多原子摻雜碳/聚苯胺復(fù)合材料的制備方法，屬于碳材料和超級電容器技術(shù)領(lǐng)域。包括以下步驟：對材料進(jìn)行預(yù)處理、高溫碳化活化、有機污染物物理吸附以及通過電沉積聚苯胺進(jìn)行復(fù)合。本發(fā)明將生物質(zhì)資源有效利用制備生物質(zhì)碳材料。使用生物質(zhì)碳吸附廢水中的有機污染物對生物質(zhì)碳改性，既解決了廢水污染的問題，同時對污染物進(jìn)行廢物利用解決資源浪費的問題，又得到了新型的電極材料。最終得到的材料具有較好的電容性能，在1M H₂SO₄電解液中，電流密度為0.1A/g時，比電容最高可達(dá)557F/g，具有優(yōu)良的倍率性能，同時，具有較高的能量密度，可達(dá)30.33Wh/kg。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及超級電容器用多原子摻雜碳/聚苯胺復(fù)合材料的制備，屬于碳材料和超級電容器技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于簡單的吸附水中有機染料的物理方法和電沉積的方法。在處理有機污染物的同時，制備含多種雜原子摻雜的碳材料并將其與聚苯胺復(fù)合。適用于以生物質(zhì)為碳前驅(qū)體多種雜原子摻雜碳/聚苯胺超級電容器電極材料的制備。

背景技術(shù)

超級電容器，也稱為電化學(xué)電容器，具有功率密度高，可快速充放電以及循環(huán)使用壽命長的優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于能源儲存領(lǐng)域。隨著人們?nèi)找嬖鲩L的需求造成能源短缺和環(huán)境污染，這促進(jìn)了高性能、可持續(xù)發(fā)展及環(huán)境友好等新型超級電容器的開發(fā)。碳材料因其優(yōu)良的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、高比表面積和化學(xué)穩(wěn)定性且來源廣泛，廣泛應(yīng)用于催化、能源轉(zhuǎn)換及儲存等能源相關(guān)領(lǐng)域。

生物質(zhì)作為一種廉價的含碳物質(zhì)，在制備碳材料領(lǐng)域備受關(guān)注，尤其是污染物吸附以及電化學(xué)領(lǐng)域，生物質(zhì)碳材料具有超高的比表面積，從而具有很好的污染物吸附性能，同時通過雜原子摻雜制備生物質(zhì)碳材料用于電化學(xué)領(lǐng)域來提高其性能引起廣泛關(guān)注。β-環(huán)糊精(β-CD)是一個天然無毒的環(huán)狀低聚糖，由七個葡萄糖單元組成，內(nèi)部疏水，外部親水，從而形成特殊的空穴結(jié)構(gòu)。這種特殊的結(jié)構(gòu)有利于制備具有高比表面積、強吸附性能以及高電容的碳材料。

本發(fā)明提出了一種基于物理吸附的方法，以β-CD為碳源，制備具有高吸附性能的生物質(zhì)碳材料，并通過對亞甲基藍(lán)(MB)、甲基橙(MO)和羅丹明B(RhB)等廢水中的有機染料進(jìn)行吸附，將廢水中的有機污染物作為氮源與硫源，在對廢水進(jìn)行處理的同時制備一種新型的超級電容器用多原子摻雜的碳材料，且通過電沉積的方法制備碳/聚苯胺的復(fù)合材料。旨在提供在有機污染物處理基礎(chǔ)上制備適用于超級電容器用多原子摻雜碳/聚苯胺復(fù)合材料的制備方法，制得具有高倍率性能、高電容性能和電化學(xué)穩(wěn)定性的電極材料，可以提高生物質(zhì)能的利用效率，并降低電化學(xué)成本。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明實施例提供了一種基于有機污染物處理的超級電容器用多原子摻雜碳/聚苯胺復(fù)合材料的制備方法。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的方法如下：

(1)將β-環(huán)糊精(β-CD)溶解于去離子水；將溶液放入高壓反應(yīng)釜中，在特定溫度的真空干燥箱內(nèi)進(jìn)行水熱反應(yīng)24h；

(2)將步驟(1)產(chǎn)物進(jìn)行抽濾，洗滌至濾液無色；將產(chǎn)物轉(zhuǎn)移至干燥箱中，進(jìn)行干燥；

(3)在N₂氛圍下，將步驟(2)產(chǎn)物于600-1000℃下保持1h；將氫氧化鉀和碳化后產(chǎn)物按質(zhì)量比1:1-4:1混合，在N₂氛圍下，于600-1000℃下保持1h；

(4)將步驟(3)產(chǎn)物用去離子水浸泡10-20h，再滴加鹽酸至酸性條件下浸泡10-20h；用去離子水沖洗至濾液呈中性，再次清洗以去除KCl；將其轉(zhuǎn)移至干燥箱中，進(jìn)行干燥，得到生物質(zhì)多孔碳材料；

(5)將步驟(4)產(chǎn)物與有機染料或金屬污染物污水進(jìn)行物理混合并吸附，進(jìn)行抽濾，洗滌至濾液無色；將產(chǎn)物轉(zhuǎn)移至真空干燥箱中，進(jìn)行干燥，得到多原子摻雜的碳材料；

(6)將步驟(5)產(chǎn)物與聚苯胺(PANI)通過電沉積的方法進(jìn)行復(fù)合，得到相應(yīng)產(chǎn)品。