[發(fā)明專利]N/O共摻雜的硫化鉬@多孔碳復合電極材料及其制備方法和應用

有效

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• 申請日: 2021-12-09
• 公開（公告）號: CN114156093B
• 公開（公告）日: 2023-06-20
• 發(fā)明（設計）人: 李明;賈文漢
• 申請（專利權）人: 桂林理工大學
• 主分類號: H01G11/34
• 分類號: H01G11/34;H01G11/86;H01G11/24;H01G11/26;H01G11/30;H01G11/44
• 代理公司: 西安銘澤知識產(chǎn)權代理事務所(普通合伙) 61223
• 代理人: 崔瑞迎

本發(fā)明涉及超級電容器電極材料技術領域，具體涉及N/O共摻雜的硫化鉬@多孔碳復合電極材料及其制備方法和應用。本發(fā)明采用了氮氧原子共摻雜以及與硫化鉬進行復合，氮原子提供了更多的電子活性位點，改善了多孔碳的電子傳輸速度，氧原子通過氧化/還原來提高電極的假電容，多孔碳提供了大比表面積的交聯(lián)孔洞結構，二硫化鉬附著在多孔碳上提高了自身與多孔碳的協(xié)同作用，繼而進一步提高了導電能力，通過將多孔碳與雜原子進行摻雜改性，與過度金屬硫化物進行復合，使其發(fā)揮出多孔碳自身高效的循環(huán)穩(wěn)定性和自身龐大的功率密度的優(yōu)勢；且采用本發(fā)明制得的材料環(huán)保綠色，簡單易得，操作簡單有效。

技術領域

本發(fā)明屬于超級電容器電極材料技術領域，具體涉及N/O共摻雜的硫化鉬@多孔碳復合電極材料及其制備方法和應用。

背景技術

近年來，導電聚合物水凝膠(CPHs)因其優(yōu)異的離子和電導率、可變形的機械性能而在可穿戴電子設備(例如運動傳感器、人造皮膚、能量存儲設備和軟機器人)中引起了廣泛的科學興趣；對于大多數(shù)可穿戴電子設備，機械行為是獲得具有接觸能力的人性化界面不可或缺的方面，因此在柔性電子器件的材料選擇和功能設計中，結合柔性、可拉伸性和可壓縮性是非常重要的。

氯化石蠟通常由親水性聚合物基質和導電性填料組合而成，大量的親水性聚合物，如聚丙烯酸(PAA)、聚丙烯酰胺(PAAM)、聚乙烯醇(PVA)、纖維素、殼聚糖、凝膠化物、瓊脂糖、葡聚糖等均可用作氯化石蠟的支架，以提供可調節(jié)的機械性能。天然高分子產(chǎn)品具有低成本、良好的加工性能、安全性、可再生性和生物降解性的特點，已成為未來環(huán)保和可再生電子產(chǎn)品制備氯化石蠟的有前途的候選材料。在眾多的天然高分子產(chǎn)品中，海藻酸鈉作為一種天然水溶性陰離子多糖被廣泛用于在非常溫和的條件下合成高強度水凝膠；此外，由水楊酸制備的水凝膠可以通過動態(tài)共價鍵實現(xiàn)自修復能力，而無需額外的刺激，這使得柔性器件能夠在損傷時自恢復并延長壽命。

電化學電容器具有超高功率密度和長壽命的誘人特性，目前被認為是最有效的能量存儲和轉換設備，根據(jù)存儲機制，電化學電容器可分為雙電層電容器和偽電容器；其中，雙電層電容器由于其更高的功率密度和優(yōu)異的電化學穩(wěn)定性，在儲能方面更具競爭力，雙電層電容器的電容性能主要取決于電極材料的性質，如比表面積、孔徑分布和表面化學性質等。迄今為止，包括石墨烯、碳納米管、碳纖維和多孔碳在內的多種碳基電極材料因其高比表面積、可調節(jié)的孔結構、易于功能化和低生產(chǎn)成本等獨特性能而被廣泛用于制備雙電層電容器。

盡管目前在改善碳材料的電容特性方面取得了顯著進展，但不足的倍率容量和低能量密度仍然阻礙了它們在制備先進超級電容器中的應用。

發(fā)明內容

針對上述現(xiàn)有技術存在的不足，本發(fā)明提供了N/O共摻雜的硫化鉬@多孔碳復合電極材料及其制備方法和應用；本發(fā)明采用了氮氧原子共摻雜以及與硫化鉬進行復合，氮原子提供了更多的電子活性位點，改善了多孔碳的電子傳輸速度，氧原子通過氧化/還原來提高電極的假電容，多孔碳提供了大比表面積的交聯(lián)孔洞結構，二硫化鉬附著在多孔碳上提高了自身與多孔碳的協(xié)同作用，繼而進一步提高了導電能力，通過將多孔碳與雜原子進行摻雜改性，與過度金屬硫化物進行復合，使其發(fā)揮出多孔碳自身高效的循環(huán)穩(wěn)定性和自身龐大的功率密度的優(yōu)勢；且采用本發(fā)明制得的材料環(huán)保綠色，簡單易得，并且操作簡單有效。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術方案如下：

一種N/O共摻雜的硫化鉬@多孔碳復合電極材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)將鉬酸鹽和硫源超聲分散于去離子水中并進行溶劑熱反應，經(jīng)洗滌、干燥，得到二硫化鉬；

其中，所述鉬酸鹽與所述硫源物質的量之比為1：2-4；

(2)將碳源和氮源混合均勻，然后向其中加入步驟(1)制得的二硫化鉬，經(jīng)充分混合后超聲去除溶液中的殘留氣泡，得到混合液；

其中，所述碳源與所述氮源的質量比為1：2-3；所述碳源與所述二硫化鉬的質量比為1：1；