[發(fā)明專利]一種含Co@C結(jié)構(gòu)的介孔活性炭材料及其制備方法與應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911415829.7
• 申請(qǐng)日: 2019-12-31
• 公開（公告）號(hào): CN111085691B
• 公開（公告）日: 2022-10-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 魯彥;邵丹妮;李林鮮;方杰;郭建宇;張斯勇;許昌滿;吳夢(mèng)初
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué)
• 主分類號(hào): B22F9/20
• 分類號(hào): B22F9/20;B22F1/054;B22F1/16;H01G11/24;H01G11/30;H01G11/34;C01B32/318;C01B32/354
• 代理公司: 上海科盛知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31225
• 代理人: 顧艷哲

本發(fā)明涉及一種含Co@C結(jié)構(gòu)的介孔活性炭材料及其制備方法與應(yīng)用，制備方法包括將三乙胺、2?甲基咪唑、PVDF中空纖維膜及鈷源在溶液中混合均勻，之后依次經(jīng)抽濾、烘干、煅燒后，即得到含Co@C結(jié)構(gòu)的介孔活性炭材料；該介孔活性炭材料作為電極材料，用于制備超級(jí)電容器。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明利用煅燒法一步制備含Co@C結(jié)構(gòu)的介孔活性炭材料，合成步驟簡單、成本較低，所制備的含Co@C結(jié)構(gòu)的介孔活性炭材料具有良好的電化學(xué)穩(wěn)定性和增強(qiáng)的電容性能，是超級(jí)電容器的理想電極材料。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于超級(jí)電容器電極材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種含Co@C結(jié)構(gòu)的介孔活性炭材料及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)

電化學(xué)電容器/超級(jí)電容器作為一種電儲(chǔ)能設(shè)備，因其快速充放電、高能量密度和高穩(wěn)定性等性質(zhì)而廣受人們的青睞。根據(jù)其儲(chǔ)能機(jī)理可分為兩種，一種為雙電層電容器，通過靜電作用使得正負(fù)電子在電解液和電極材料界面形成電子層來儲(chǔ)能；而另一種為贗電容電容器，通過電活性物質(zhì)在電解液和電極材料間快速的法拉第氧化還原反應(yīng)來儲(chǔ)電。碳材料因其比表面積大、導(dǎo)電性好、化學(xué)惰性和穩(wěn)定性優(yōu)良等特點(diǎn)被廣泛地應(yīng)用于電化學(xué)雙層電容器中，如活性炭、碳納米管、石墨烯和碳?xì)饽z等，碳材料可以通過高溫煅燒有機(jī)物制得。聚偏二氟乙烯中空纖維膜 (PVDF)是一種高聚物膜，因其具有大比表面積、發(fā)達(dá)的孔道、強(qiáng)吸附能力和高穩(wěn)定性等特點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于水處理中。然而這些PVDF膜具有一定的使用壽命，需要定期更換，從而會(huì)產(chǎn)生大量的膜廢料，并且這些廢料不能得到有效的處理，因此上述膜廢料可作為碳材料前驅(qū)體。但在高溫煅燒過程中高聚物的結(jié)構(gòu)易塌陷，不利于大比表面積的形成，這是一個(gè)急需解決的問題。

ZIF-67是一種金屬有機(jī)骨架(MOF)，以Co為金屬源，2-甲基咪唑?yàn)榕潴w。 ZIF-67作為碳材料的前驅(qū)體可引入N元素，在碳基質(zhì)中引入雜原子是一種提高電化學(xué)性能的有效方法，摻雜原子能增加電極材料的導(dǎo)電性和潤濕性并產(chǎn)生贗電容效應(yīng)，從而促進(jìn)了電子傳播和電解液與材料的充分接觸。此外，許多報(bào)道發(fā)現(xiàn)基于 MOF的碳材料能形成一種特殊的石墨化碳包金屬的結(jié)構(gòu)，增加材料的電活性。但是基于ZIF-67的碳材料在熱解過程中會(huì)引起金屬納米顆粒和碳結(jié)構(gòu)的堆積，從而導(dǎo)致孔道堵塞，進(jìn)而損害電化學(xué)性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種含Co@C結(jié)構(gòu)的介孔活性炭材料及其制備方法與應(yīng)用，用于解決煅燒過程中PVDF膜孔道易塌陷以及ZIF-67的Co顆粒易堆積的問題。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

一種含Co@C結(jié)構(gòu)的介孔活性炭材料的制備方法，包括：將三乙胺、2-甲基咪唑、PVDF中空纖維膜及鈷源在溶液中混合均勻，之后依次經(jīng)抽濾、烘干、煅燒后，即得到含Co@C結(jié)構(gòu)的介孔活性炭材料。

進(jìn)一步地，該方法具體包括：

1)配制三乙胺與2-甲基咪唑的混合溶液，并依次加入PVDF中空纖維膜、鈷源混合均勻并靜置，之后依次經(jīng)抽濾、烘干后，得到紫色的ZIF-67輔助的PVDF 中空纖維膜；

2)將ZIF-67輔助的PVDF中空纖維膜置于瓷舟內(nèi)，并在管式爐內(nèi)進(jìn)行高溫煅燒，即得到黑色的含Co@C結(jié)構(gòu)的介孔活性炭材料。

進(jìn)一步地，步驟1)中，所述的鈷源為硝酸鈷；

所述的鈷源以硝酸鈷溶液的形式加入至含有PVDF中空纖維膜的混合溶液中；

所述的2-甲基咪唑、硝酸鈷、三乙胺的摩爾比為(6-10):1:(12-20)。

其中，混合溶液中，三乙胺的濃度為0.6-1.0mol/L，2-甲基咪唑的濃度為 0.3-0.5mol/L；硝酸鈷溶液的濃度為0.03-0.07mol/L，PVDF中空纖維的用量為 500-1500g/mol硝酸鈷。