[發(fā)明專利]一種以淀粉為碳基負(fù)載的復(fù)合材料、制備方法及其應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010026442.9
• 申請日: 2020-01-10
• 公開（公告）號: CN111333051B
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫東亞;林晨;何麗雯;趙怡燦
• 申請（專利權(quán)）人: 廈門理工學(xué)院
• 主分類號: C01B32/05
• 分類號: C01B32/05;C01G51/04;H01G11/24;H01G11/30;H01G11/34;H01G11/44
• 代理公司: 廈門智慧呈睿知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 35222
• 代理人: 楊唯

本發(fā)明涉及一種以淀粉為碳基負(fù)載的制備方法，涉及超級電容器技術(shù)領(lǐng)域，該方法包括以下步驟：S1、將淀粉溶液和鈷源溶液均勻混合，得到混合液；其中，所述鈷源溶液為含鈷化合物的水溶液，所述含鈷化合物選自硝酸鈷、氯化鈷或草酸鈷中的一種或多種；S2、將所述混合液經(jīng)碳化后得到碳模板；S3、向所述碳模板加入去離子水進(jìn)行水熱反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)冷卻、干燥后得到復(fù)合材料。本發(fā)明還涉及由上述方法制備得到的以淀粉為碳基負(fù)載的復(fù)合材料及其在超級電容器中的應(yīng)用。本發(fā)明提供的以淀粉為碳基負(fù)載的復(fù)合材料具有優(yōu)異的電化學(xué)性能，在儲能、轉(zhuǎn)化、催化劑和其它相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域具有很大的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及超級電容器技術(shù)領(lǐng)域，且特別涉及一種以淀粉為碳基負(fù)載的復(fù)合材料、制備方法及其應(yīng)用。

背景技術(shù)

隨著不可再生能源的枯竭，新型能源的開發(fā)已經(jīng)成為新世紀(jì)中人類面對的最大挑戰(zhàn)之一。而超級電容器作為一種介于傳統(tǒng)電容器及電池之間的新型儲能元件，是解決化石能源引發(fā)的資源枯竭、環(huán)境污染、溫室效應(yīng)等問題的重要途徑。超級電容器具有超大容量、高功率密度、長循環(huán)壽命、高充放電效率等特點。其中關(guān)鍵點在于如何在實際中應(yīng)用，充分的利用電能。以碳質(zhì)為碳基負(fù)載的復(fù)合材料具有很高的表面積和孔體積、高的熱穩(wěn)定性、可變的結(jié)構(gòu)組成以及高的化學(xué)穩(wěn)定等特點的超級電容成為當(dāng)前的研究熱點。然而，由于常規(guī)碳纖維的固有碳骨架的傳質(zhì)能力不足，使得TMO/C的實際電容量與理論電容仍有較大差距。因此，迫切需要設(shè)計一些具有特殊結(jié)構(gòu)且性能優(yōu)良的納米復(fù)合電極材料來應(yīng)對這些挑戰(zhàn)。

淀粉是由葡萄糖分子聚合而成的，是細(xì)胞中碳水化合物最普遍的儲藏形式，制造淀粉是植物貯存能量的一種方式。淀粉是白色無定形的粉末，由10％～30％的直鏈淀粉和70％～90％的支鏈淀粉組成。它在自然界的分布很廣，來源豐富，是高等植物中常見的組成部分，同時也是碳水化合物的主要形式。除食用外，工業(yè)上用于制糊精、麥芽糖、葡萄糖、酒精等，也用于調(diào)制印花漿、紡織品的上漿、紙張的上膠、藥物片劑的壓制等。近年來，利用淀粉溶液作為導(dǎo)電型的3D碳網(wǎng)和大孔體積等結(jié)構(gòu)特點，將其作為超級電容器的低成本人工合成碳基負(fù)載成為了研究熱點。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種以淀粉為碳基負(fù)載的復(fù)合材料，此復(fù)合材料具有優(yōu)異的電化學(xué)性能。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種以淀粉為碳基負(fù)載的復(fù)合材料的制備方法，該方法成本低，簡單易行。

本發(fā)明的又一目的在于提供一種以淀粉為碳基負(fù)載的復(fù)合材料在超級電容器中的用途。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題是采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的。

本發(fā)明提出一種以淀粉為碳基負(fù)載的復(fù)合材料的制備方法，其包括以下步驟：

S1、將淀粉溶液和鈷源溶液均勻混合，得到混合液；其中，所述鈷源溶液為含鈷化合物的水溶液，所述含鈷化合物選自硝酸鈷、氯化鈷或草酸鈷中的一種或多種；

S2、將所述混合液經(jīng)碳化后得到碳模板；

S3、向所述碳模板加入去離子水進(jìn)行水熱反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)冷卻、干燥后得到復(fù)合材料。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明較佳實施例中，所述步驟S1具體包括：

將淀粉和鈷源分別溶于去離子水中，獲取淀粉溶液和鈷源溶液，攪拌均勻得到混合液；其中，所述淀粉溶液的質(zhì)量濃度為35-90wt％，所述鈷源溶液的質(zhì)量濃度為0.01-0.5wt％，所述淀粉溶液和所述鈷源溶液的混合質(zhì)量比為1-4:1。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明較佳實施例中，所述含鈷化合物為六水合硝酸鈷。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明較佳實施例中，所述淀粉溶液的質(zhì)量濃度為50-80wt％。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明較佳實施例中，在步驟S2中，碳化過程具體包括：