[發(fā)明專利]一種具有核殼結構的二氧化錳/碳膜復合材料及其制備方法和應用

有效

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• 申請日: 2021-11-29
• 公開（公告）號: CN113871212B
• 公開（公告）日: 2022-12-27
• 發(fā)明（設計）人: 王慶勇;羅玉梅;虞森森;王宜穎;鄒勇進;孫立賢;曹衛(wèi)平
• 申請（專利權）人: 桂林電子科技大學
• 主分類號: H01G11/34
• 分類號: H01G11/34;H01G11/46;H01G11/26;H01G11/40;H01G11/86
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1.一種具有核殼結構的二氧化錳/碳膜復合材料，其特征在于：首先通過靜電紡絲制備聚丙烯腈膜，接著通過高溫碳化制備聚丙烯腈碳膜，最后在高錳酸鉀溶液中淬火處理獲得快速生長的MnO₂納米片，所得復合材料呈核殼結構。

2.根據(jù)權利要求1所述的具有核殼結構的二氧化錳/碳膜復合材料，其特征在于：所述核殼結構由聚丙烯腈碳化后得到的碳纖維為核，經(jīng)過高錳酸鉀溶液淬火處理后得到的MnO₂納米片陣列為殼。

3.一種具有核殼結構的二氧化錳/碳膜復合材料的制備方法，其特征包括以下步驟：

步驟1）聚丙烯腈膜的制備，首先配置一定濃度的聚丙烯腈溶液，攪拌至澄清透明，然后在一定條件下進行靜電紡絲，即可得到具有一定厚度的聚丙烯腈膜；

步驟2）聚丙烯腈碳膜的制備，首先在空氣氣氛下，在一定條件下對聚丙烯腈膜進行熱處理，接著再放入氬氣氣氛下在一定條件下進行熱處理，得到摻N的聚丙烯腈碳膜；

步驟3）高鉀含量水鈉錳礦/碳膜復合材料的制備，首先配置一定濃度的KMnO₄溶液，倒入燒杯中備用；將所得的聚丙烯腈碳膜再次在空氣氣氛下，在一定條件下于馬弗爐中進行熱處理，當馬弗爐在一定溫度下保溫時，打開馬弗爐艙門，將聚丙烯腈碳膜迅速浸沒于配好的KMnO₄溶液中，接著迅速拿出，用去離子水洗凈，然后真空干燥，即可獲得具有核殼結構的二氧化錳/碳膜復合材料。

4.根據(jù)權利要求3所述的制備方法，其特征在于：所述步驟1聚丙烯腈溶液的濃度為10-13 wt%，分散在DMF溶液中；靜電紡絲的條件為10-12 kV，軸轉速為12-15 r min^–1；聚丙烯腈膜厚度為0.4-0.6 mm。

5.根據(jù)權利要求3所述的制備方法，其特征在于：所述步驟2聚丙烯腈膜在空氣中熱處理的條件為升溫速率2-5 ℃ min^–1，熱處理溫度為200-300 ℃，保溫時間為2-4 h；在氬氣中熱處理的條件為升溫速率2-5 ℃ min^–1，熱處理溫度為600-1000 ℃，保溫時間為2-4 h，熱處理完畢后自然降溫。

6.根據(jù)權利要求3所述的制備方法，其特征在于：所述步驟3KMnO₄溶液濃度為0.01-0.03M；聚丙烯腈碳膜在空氣中熱處理的條件為升溫速率2-5 ℃ min^–1，熱處理溫度為200-300℃，保溫時間為1-3 h；所述的馬弗爐的保溫溫度為200-300 ℃；所述的真空干燥溫度為60-80 ℃。

7.根據(jù)權利要求1所述具有核殼結構的二氧化錳/碳膜復合材料作為電極材料應用于超級電容器時，其特征在于：在0–1.3 V范圍內(nèi)充放電，在電流密度為4 mA cm^–2時，比容量達到700-800 mF cm^–2。