[發明專利]一種空心超枝化碳材料的制備方法及其應用

有效

• 申請號: 202110509078.6
• 申請日: 2021-05-11
• 公開（公告）號: CN113241260B
• 公開（公告）日: 2022-08-02
• 發明（設計）人: 紀律律;朱瀅瀅;王晟;王騊
• 申請（專利權）人: 浙江理工大學
• 主分類號: H01G11/32
• 分類號: H01G11/32;H01G11/86
• 代理公司: 北京潤捷智誠知識產權代理事務所(普通合伙) 11831
• 代理人: 安利霞

本發明涉及一種空心超枝化碳材料的制備方法及其應用，空心超枝化碳材料的制備過程為：(1)沉淀法制備ZIF?8納米顆粒；(2)將ZIF?8納米顆粒和葡萄糖一步水熱制備空心超枝化葡萄糖衍生碳基材料；(3)將空心超枝化葡萄糖衍生碳基材料高溫碳化為空心超枝化碳材料。本發明的制備方法簡單，通過一步水熱反應即可搭建空心超枝化結構，最終產物空心超枝化碳材料具有高比表面積、大體積空腔和超薄碳壁，制備電極材料時能夠有效降低接觸電阻，應用于超級電容器時能有效提高電化學性能。

技術領域

本發明屬于能源技術領域，涉及一種空心超枝化碳材料的制備方法及其應用，特別涉及空心超枝化碳材料的制備及其作為電極材料在儲能器件中的應用。

背景技術

近年來，電動汽車、信息技術、智能裝備等領域的快速發展對能量存儲和轉化器件提出了大容量、高效率、長壽命的戰略需求，而電極材料是影響上述性能的關鍵因素。碳材料由于其優異的電輸運特性和高活性表面，不僅是重要的儲能材料，而且可以構建能量輸送網絡，同時在基于非碳電極材料的能源器件中發揮電子傳遞及調節界面反應的重要作用，一直以來作為關鍵電極材料/載體/導電添加劑廣泛應用于各類能量存儲和轉化器件。然而，傳統碳材料由于結構單一、缺陷、無序、堆疊團聚或性能局限等因素，難以突破高性能能源器件的發展瓶頸，也難以達到新原理能源器件設計的材料要求。面向高性能能量存儲與轉化器件的戰略需求，發展高效率、高容量、高通量的新型碳基電極材料是核心關鍵。

基于能源器件中電荷的產生/分離、存儲和傳遞/輸運等基本原理，實現高效儲能需要對碳基電極材料進行科學合理的納米化、有序化、復合化和組裝化的結構設計和功能設計。從基礎結構的角度來看，sp²雜化的碳材料均可看作是由石墨烯為基礎單元組裝構筑而成，一方面石墨烯提供了電荷儲存的儲能空間，也是重要的電極材料功能成分；另一方面，由石墨烯組裝得到的微級碳骨架網絡結構既能起到高效傳質、電子導通的關鍵作用，又能對高活性的非碳功能組份起到限域、保護和擔載等作用，防止其結構在充放電循環過程中出現粉化、團聚、流失等現象；最后，由微級碳骨架的進一步組裝構筑宏觀上的高效碳基電極材料。因此，在碳材料參與的能量存儲與轉化體系中，需要通過納級–微級–宏觀的多尺度網絡體系構建高效率、高容量、高通量的新型碳基電極材料。

基于以上考慮，采用簡單方法制備三維多尺度的空心結構碳材料可以有效提高碳基電極材料的性能，然而空心超枝化碳材料未有報道，獨特的超枝化空心結構將賦予碳材料更優異的電化學性能。本發明基于以上考慮提出。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種空心超枝化碳材料的制備方法及其應用。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

本發明的目的之一在于提出了一種空心超枝化碳材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)制備ZIF-8納米顆粒：

先將硝酸鋅溶解于甲醇中得到溶液A，將2-甲基咪唑溶解在甲醇中得到溶液B；隨后，將溶液A和溶液B攪拌混合，在低溫條件下靜置反應，離心、清洗、干燥，得到ZIF-8納米顆粒；

(2)ZIF-8納米顆粒和葡萄糖一步水熱制備空心超枝化葡萄糖衍生碳基材料：

將ZIF-8和葡萄糖分散在水溶液中，隨后高溫水熱反應，離心、清洗、干燥，得到空心超枝化葡萄糖衍生碳基材料；

(3)將空心超枝化葡萄糖衍生碳基材料碳化為空心超枝化碳材料：

在惰性氣體氣氛下高溫煅燒空心超枝化葡萄糖衍生碳基材料，反應結束后，得到目標產物空心超枝化碳材料。

進一步的，步驟(1)中，硝酸鋅和2-甲基咪唑的添加量質量比為1:1。

進一步的，步驟(1)中，溶液A與溶液B的體積比為1:1。