[發明專利]氧化鈷/塑料衍生多孔層碳復合電極材料及其合成與應用

有效

• 申請號: 202010720877.3
• 申請日: 2020-07-24
• 公開（公告）號: CN111807419B
• 公開（公告）日: 2023-02-07
• 發明（設計）人: 何麗雯;孫東亞;林碧洲
• 申請（專利權）人: 華僑大學
• 主分類號: H01G11/24
• 分類號: H01G11/24;H01G11/34;H01G11/46;H01G11/86;C01G51/04;C01B32/05
• 代理公司: 廈門智慧呈睿知識產權代理事務所(普通合伙) 35222
• 代理人: 陳曉思

本發明公開了一種氧化鈷/塑料衍生多孔層碳復合電極材料及其合成方法，涉及電極材料領域。本方法以碳化后的塑料作為碳源，以硝酸鈷作為鈷源，經過溶劑熱反應，在所述碳源顆粒表面原位生長氧化鈷顆粒，獲得氧化鈷/塑料衍生多孔層碳復合電極材料。本發明的合成方法簡單，以碳化塑料作為電極基材，原料豐富、價格低廉，還能改善環境。利用原位生長的方式將鈷摻雜到碳化塑料顆粒中，所得產物形貌均勻、比表面積大。結合了塑料碳化顆粒較大比表面積和分層多孔結構的優勢，且引入了雜原子形成贗電容，有效的改善碳原子的表面結構，顯著提高比電容。本發明的復合材料應用于制作成超級電容器的電極，超級電容器具有較大的電容量和較長的使用壽命。

技術領域

本發明屬于電極材料領域，具體涉及一種氧化鈷/塑料衍生多孔層碳復合電極材料及其合成方法與應用。

背景技術

隨著不可再生能源的消耗以及各類環境污染問題的產生，新型能源的開發已經成為新世紀中人類面對的最大挑戰之一。而超級電容器作為一種介于傳統電容器及電池之間的新型儲能元件，是解決化石能源引發的資源枯竭、環境污染、溫室效應等問題的重要途徑。超級電容器具有超大容量、高功率密度、長循環壽命、高充放電效率等特點。其中關鍵點在于如何在實際中應用，充分的利用電能。以碳基為負載的復合電極材料具有很高的表面積和孔體積、高的熱穩定性、可變的結構組成以及高的化學穩定等特點，以此復合電極材料來制作超級電容器成為當前的研究熱點。然而，由于常規生物纖維的固有碳骨架的傳質能力不足，使得TMO/C的實際電容量與理論電容仍有較大差距。其中TMO為過渡金屬氧化物。因此，迫切需要設計一些具有特殊結構且性能優良的納米復合電極材料來應對這些挑戰。

塑料是以單體為原料，通過加聚或縮聚反應聚合而成的高分子化合物，其抗形變能力中等，主要由合成樹脂及各類添加劑組成，具有較為穩定的化學性質，同時具有較好的耐沖擊性和耐磨耗性，這使得在當今社會生產生活中，塑料所能運用涉及到的方面非常廣泛，但是由廢棄塑料所帶來的“白色污染”也越來越嚴重，這也使得人們對它愈發關注。

發明內容

為了解決上述背景技術所存在的問題，發明人利用塑料作為碳源，利用其來源廣泛，材料易得的特點，將其作為超級電容器的低成本人工合成物質碳來研究。本發明的目的是提供一種以塑料為碳源的復合電極材料及其合成方法與應用，通過將碳源前體與其他含雜原子的前體混合處理，得到具有特殊結構且性能優良的納米復合電極材料，以使其作為超級電容器的電極材料時，具有更好的分散性、高導電性、大比表面積和擴散路徑短等電化學性能。

本發明為實現發明目的，采用如下技術方案：

一種氧化鈷/塑料衍生多孔層碳復合電極材料的合成方法，以碳化后的塑料作為碳源，以硝酸鈷作為鈷源，經過溶劑熱反應，在所述碳源顆粒表面原位生長氧化鈷顆粒，獲得氧化鈷/塑料衍生多孔層碳復合電極材料。碳化后得到多孔結構、高導電性能和高電容性能的微納碳顆粒材料。利用原位生長的方式將鈷摻雜到多孔碳中，所得產物形貌均勻、比表面積大。

優選地，本發明所用的塑料選自聚乙烯塑料、聚氯乙烯塑料、聚丙烯塑料、聚苯乙烯塑料、酚醛塑料、氨基塑料、硝酸纖維塑料、醋酸纖維塑料、聚甲基丙烯酸酯、聚對苯二甲酸乙二醇酯中的一種或幾種。

進一步地，本發明的氧化鈷/塑料衍生多孔層碳復合電極材料的合成方法包括如下步驟：

(1)將塑料在真空環境下碳化，得到多孔碳材料；

(2)將所述多孔碳材料浸入Co(NO₃)₂·6H₂O乙醇溶液中，充分浸潤，得到浸潤混合液；

(3)將所述浸潤混合液轉移到高壓反應釜中，進行溶劑熱反應；

(4)待溶劑熱反應產物冷卻后，經過濾得到固體產物，固體產物經清洗和干燥后，得到氧化鈷/塑料衍生多孔層碳復合電極材料。其中，清洗過程可用水清洗，或者用乙醇與水交替清洗2～3次。