[發明專利]一種含氧多孔碳氣凝膠的制備方法和應用

有效

• 申請號: 201910604246.2
• 申請日: 2019-07-05
• 公開（公告）號: CN110143582B
• 公開（公告）日: 2021-05-18
• 發明（設計）人: 王莎莎;許躍龍;翟作昭;張利輝;劉振法
• 申請（專利權）人: 河北省科學院能源研究所
• 主分類號: C01B32/05
• 分類號: C01B32/05;H01G11/24;H01G11/32;H01G11/34;H01G11/44
• 代理公司: 石家莊德皓專利代理事務所(普通合伙) 13129
• 代理人: 劉磊娜

本發明涉及一種含氧多孔碳氣凝膠的制備方法，其包括如下步驟：通過常規方法得到多孔碳氣凝膠，然后將多孔碳氣凝膠材料按照0.2~0.3mg/ml的濃度分散在H₂O₂和FeCl₃的水溶液里，H₂O₂的FeCl₃摩爾比為1:1~1:4，攪拌混勻，使用NaOH水溶液調節pH至2~4，然后利用等離子技術處理，反應結束后，使用混合纖維素濾膜抽濾并用大量去離子水沖洗至中性，收集粉末，干燥、研磨即得，本發明所提供的多孔碳氣凝膠具有豐富的含氧官能團，能提高多孔碳氣凝膠在電解液中的潤濕性，并能提供贗電容，具備較高的電容量。

技術領域

本發明涉及一種含氧多孔碳氣凝膠的制備方法和應用，屬于碳氣凝膠制備領域。

背景技術

碳氣凝膠是一種新型的輕質多孔材料，因其具有穩定性好、孔隙率高、比表面積大、導電率高及較多的物質及電子傳輸孔道的特點，廣泛應作催化劑載體、儲氫材料、吸附材料及超級電容器或鋰離子電池的電極材料等，有利于解決當今社會的能源危機及環境污染問題而成為研究熱點。

超級電容器是一種介于傳統電容器與二次電池之間的儲能裝置，具有較高的功率密度和良好的循環壽命，與二次電池配合使用能夠很好的滿足現代化生活對能源的需求。超級電容器主要分為雙電層電容和贗電容兩種，其中，贗電容不僅在電極表面，而且可在整個電極內部產生，因而可獲得比雙電層電容更高的電容量和能量密度。在相同電極面積的情況下，贗電容可以是雙電層電容量的10~100倍。

在現有技術中，針對于雙電容特征的碳氣凝膠報道見CN108172416A，公開了一種具有多孔管壁納米管的三維碳氣凝膠的制備方法，系將吡咯單體加入至含有銀納米線的分散液中，攪拌均勻后加入硝酸銀作為氧化劑將吡咯單體聚合為聚吡咯，形成具有核殼結構的銀納米線/聚吡咯三維水凝膠，冷凍干燥，獲得銀納米線/聚吡咯三維多孔氣凝膠；利用稀硝酸對銀納米線/聚吡咯三維多孔氣凝膠進行銀納米線刻蝕，去離子水清洗后冷凍干燥，即可獲得三維空心聚吡咯納米管氣凝膠；將三維空心聚吡咯納米管氣凝膠在惰性氣氛下進行高溫退火處理，并加入少量空氣對其進行刻蝕，從而獲得具有多孔管壁納米管的三維碳氣凝膠。但是現有技術中尚未有贗電容特性的碳氣凝膠的報道。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術中存在的缺陷，提供一種具有贗電容特性的多孔碳氣凝膠的制備方法，并提供其應用。

為實現上述目的，本發明所采取的技術方案是：

技術主題一

一種含氧多孔碳氣凝膠的制備方法，其包括如下步驟：

（1）基礎多孔碳氣凝膠的制備

將多羥基苯與甲醛按照摩爾比為1:2混合，加入去離子水配制成質量分數為35~45%的反應液，將反應液混合均勻后密封，保溫40~60℃充分反應12~18個小時，制得間苯二酚-間苯三酚-甲醛有機濕凝膠，經冷凍干燥，得到有機氣凝膠，再經高溫炭化得到基礎多孔碳氣凝膠；

所述多羥基苯為間苯三酚和間苯二酚的混合物；

（2）再造孔

將多孔碳氣凝膠材料按照0.2~0.3mg/ml的濃度分散在H₂O₂和FeCl₃的水溶液里，H₂O₂的FeCl₃摩爾比為1:1~1:4，攪拌混勻，使用 NaOH水溶液調節pH至2~4，然后采用低溫離子體處理，溫度為75~85℃，壓力為25~35Pa，功率為20~45W，處理時間為1~5min，反應結束后，使用混合纖維素濾膜抽濾并用大量去離子水沖洗至中性，收集粉末，干燥、研磨即得。

在本發明的一些實施方式中，所述多羥基苯為摩爾比為7:1的間苯三酚和間苯二酚的混合物。