一種三維支化二氧化錳納米材料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種三維支化二氧化錳納米材料的制備方法，屬于超級(jí)電容器電極材料技術(shù)領(lǐng)域，能夠增加二氧化錳納米材料與電解質(zhì)的接觸機(jī)率，從而提高其電化學(xué)性質(zhì)。本發(fā)明提供的三維支化二氧化錳納米材料的制備方法，包括：將兩親性有機(jī)分子超聲分散于水中，調(diào)節(jié)pH值，置于室溫放置，得到有機(jī)模板溶液；將含錳化合物溶液依次加入到所述有機(jī)模板溶液中，待攪拌混勻后，反應(yīng)1?10小時(shí)，離心得到褐色沉淀；對(duì)所述褐色沉淀進(jìn)行洗滌、干燥并加熱，待除去有機(jī)模板后，得到三維支化二氧化錳納米材料。本發(fā)明可用于超級(jí)電容器電極材料以及超級(jí)電容器電極的制備中。
【專利說明】
一種三維支化二氧化錳納米材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及超級(jí)電容器電極材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種三維支化二氧化錳納米材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]世界人口的增長以及工業(yè)的快速發(fā)展迫切需要提供更多的能源，目前主要依靠石油、煤、天然氣等化石資源的燃燒來提供。一方面，化石資源的儲(chǔ)備有限，難以再生；另一方面，在這些化石燃燒提供能量的同時(shí)釋放出大量的有毒氣體，帶來了嚴(yán)重的環(huán)境污染問題。因此，發(fā)展清潔的、可持續(xù)的能源技術(shù)是解決經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境保護(hù)矛盾的有效途徑。超級(jí)電容器的出現(xiàn)為人們減少傳統(tǒng)石化能源的直接利用提供了良好的契機(jī)。
[0003]超級(jí)電容器具有可用大電流進(jìn)行快速充放電，循環(huán)壽命長的特點(diǎn)，這也是其區(qū)別于當(dāng)前主流儲(chǔ)能器-電池的重要特點(diǎn)之一，在太陽能風(fēng)能發(fā)電、電動(dòng)汽車、電子、電磁高功率武器裝備等領(lǐng)域展示了廣闊的應(yīng)用前景。根據(jù)儲(chǔ)能原理的不同，超級(jí)電容器分為雙電層電容器和法拉第贗電容器兩種。由于法拉第贗電容器可利用體相原子，在相同的電極表面積下，法拉第贗電容器的電容值比雙電層電容大1-2個(gè)數(shù)量級(jí)，因此備受關(guān)注。
[0004]作為一項(xiàng)新的技術(shù)，超級(jí)電容器目前仍存在成本高昂、容量偏小、壽命偏低的缺點(diǎn)，其瓶頸仍在于電極材料。氧化釕是目前研究的金屬氧化物電極材料中公認(rèn)的綜合性能優(yōu)異的電極材料，但因?yàn)槠湓靸r(jià)較高、且需要借助強(qiáng)酸性電解質(zhì)環(huán)境而降低了其實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。低成本材料的高性能化是功能材料發(fā)展的重要方向之一。氧化錳價(jià)格便宜，且具有非常高的理論比電容，是理想的贗電容電極材料，但目前能達(dá)到的比電容與其理論值相差較大。怎樣在不提高成本的同時(shí)使氧化錳材料達(dá)到更高的電化學(xué)性能，成為目前科研工作者努力實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。
[0005]目前，可通過在氧化錳中摻雜導(dǎo)電率高的物質(zhì)(例如金、銀等貴金屬或是石墨烯等碳材料)或者直接調(diào)控氧化錳在導(dǎo)電基底(例如硅、碳納米管、多孔碳等)上沉積的方式來提高其比電容。但問題在于，采用上述方式提高電化學(xué)性能是基于混合物中氧化錳的質(zhì)量進(jìn)行計(jì)算的。然而，由于電極中氧化錳的含量較低，因此，相對(duì)于整個(gè)電極來說，其電化學(xué)性質(zhì)的提尚非常有限。因此，如何提供一種具有尚比表面積的一■氧化猛納米材料的制備方法，能夠增加二氧化錳納米材料與電解質(zhì)的接觸機(jī)率，從而提高其電化學(xué)性質(zhì)將是本領(lǐng)域所面臨的重要課題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種三維支化二氧化錳納米材料的制備方法，能夠增加二氧化錳納米材料與電解質(zhì)的接觸機(jī)率，從而提高其電化學(xué)性質(zhì)。
[0007]本發(fā)明的一方面提供了一種三維支化二氧化錳納米材料的制備方法，包括:
[0008]將兩親性有機(jī)分子超聲分散于水中，調(diào)節(jié)pH值，置于室溫放置，得到有機(jī)模板溶液；
[0009]將含錳化合物溶液依次加入到所述有機(jī)模板溶液中，待攪拌混勻后，反應(yīng)1-10小時(shí)，離心得到褐色沉淀；
[0010]對(duì)所述褐色沉淀進(jìn)行洗滌、干燥并加熱，待除去有機(jī)模板后，得到三維支化二氧化猛納米材料。
[0011 ]優(yōu)選的，所述含錳化合物溶液與所述有機(jī)模板溶液中的含錳化合物和有機(jī)模板的摩爾比為10:1-1:30。
[0012]可選的，所述含錳化合物為高錳酸鉀和硝酸錳。
[0013]優(yōu)選的，所述高錳酸鉀和所述硝酸錳的摩爾比為2:1-2:10。
[0014]可選的，將兩親性有機(jī)分子超聲分散于水中后，將pH值調(diào)節(jié)到3-9的范圍內(nèi)。
[0015]可選的，所述兩親性有機(jī)分子的一端為含有可形成氫鍵的疏水單元，另一端為含有功能性基團(tuán)的親水單元，其中，所述功能性基團(tuán)選自伯胺基、叔胺基、胍基、咪唑基和羧基中的至少一種。
[0016]可選的，將所述褐色沉淀在300°C_600°C的溫度下加熱2-10小時(shí)，以除去所述有機(jī)模板。
[0017]本發(fā)明的另一方面提供了一種如上述技術(shù)方案中任一項(xiàng)所述的三維支化二氧化猛納米材料的制備方法所制備得到的三維支化二氧化猛納米材料。
[0018]本發(fā)明的再一方面提供了一種如上述技術(shù)方案所述的三維支化二氧化錳納米材料在超級(jí)電容器電極制備中的應(yīng)用。
[0019]本發(fā)明的又一方面提供了一種超級(jí)電容器電極的制備方法，包括:
[0020]將三維支化二氧化錳納米材料、乙炔黑、聚四氟乙烯乳液按摩爾比80:15:5的比例混合，待混合均勻后加入乙醇攪拌，并烘干；
[0021]將烘干后得到的粉末涂在兩片泡沫鎳上，用油壓機(jī)以1MPa的壓力將兩片泡沫鎳壓下作為工作電極，輔助電極為鉑絲，參比電極為飽和甘汞電極。
[0022]本發(fā)明提供了一種三維支化二氧化錳納米材料的制備方法，相比于現(xiàn)有技術(shù)而言，該方法在一維有機(jī)模板的存在下，通過有機(jī)模板的分子識(shí)別、催化作用誘導(dǎo)二氧化錳在模板表面成核、生長，繼而在有機(jī)-無機(jī)界面作用驅(qū)動(dòng)下組裝，構(gòu)建了由扭曲的納米薄片組裝形成的三維支化結(jié)構(gòu)的二氧化錳材料。由該方法制備得到的三維支化二氧化錳納米材料具有多級(jí)有序的三維結(jié)構(gòu)和超高的比表面積，比表面積高達(dá)250m2g—S遠(yuǎn)大于由納米粒子(52-1 OSmY1)、納米棒(100-150m2g—1)、納米片(23-4311?.1)等作為電極材料的比電容，具有優(yōu)異的電化學(xué)性能，以其作為電極材料，可獲得高達(dá)430F g—1的比電容，良好的耐高掃速性和循環(huán)穩(wěn)定性，高于常見的由純二氧化錳構(gòu)成的電極材料。該方法在室溫、常壓和近中性環(huán)境下合成了三維支化二氧化錳納米材料，整個(gè)合成過程具有簡單、節(jié)能、環(huán)境友好的特點(diǎn)。
【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明實(shí)施例所制備得到的三維支化二氧化錳納米材料的透射電子顯微鏡照片；
[0024]圖2A為本發(fā)明實(shí)施例所制備得到的三維支化二氧化錳納米材料的氮?dú)馕?脫附曲線；
[0025]圖2B為本發(fā)明實(shí)施例所制備得到的三維支化二氧化錳納米材料的BJH孔體積分布曲線；
[0026]圖3A為本發(fā)明實(shí)施例所提供的以制備得到的三維支化二氧化錳納米材料制作的超級(jí)電容器電極的循環(huán)伏安曲線；
[0027]圖3B為本發(fā)明實(shí)施例所提供的三維支化二氧化錳納米材料制作的超級(jí)電容器電極的比電容-掃描速率曲線；
[0028]圖4為本發(fā)明實(shí)施例所提供的以制備得到的三維支化二氧化錳納米材料制作的超級(jí)電容器電極的2500次循環(huán)的比電容-循環(huán)次數(shù)曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面將對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0030]本發(fā)明實(shí)施例提供了一種三維支化二氧化錳納米材料的制備方法，包括:
[0031]S1:將兩親性有機(jī)分子超聲分散于水中，調(diào)節(jié)pH值，置于室溫放置，得到有機(jī)模板溶液；
[0032]在本步驟中，首先利用兩親性有機(jī)分子自組裝構(gòu)建一維有機(jī)模板。具體的，在將兩親性有機(jī)分子超聲分散于水中后，將體系PH值調(diào)節(jié)至近中性，放置靜止一段時(shí)間，得到該有機(jī)模板溶液。在本步驟中，選擇將兩親性有機(jī)分子分散在水中的方式來得到一維有機(jī)模板是為了所得到的一維有機(jī)模板溶液隨后能夠更好地與含錳化合物溶液混合在一起，以形成均一的三維納米結(jié)構(gòu)。
[0033]S2:將含錳化合物溶液依次加入到所述有機(jī)模板溶液中，待攪拌混勻后，反應(yīng)1-10小時(shí)，離心得到褐色沉淀；
[0034]在本步驟中，為了得到褐色沉淀，將含錳化合物溶液依次加入到所述有機(jī)模板溶液中，待混勻后，反應(yīng)一段時(shí)間，以保證含錳化合物與有機(jī)模板充分反應(yīng)?？梢岳斫獾氖?，反應(yīng)時(shí)間視含錳化合物與有機(jī)模板的反應(yīng)充分程度而定，可以為2、3、4、5、6、7、8、9小時(shí)不等或上述范圍內(nèi)的其它任一點(diǎn)值均可。
[0035]S3:對(duì)所述褐色沉淀進(jìn)行洗滌、干燥并加熱，待除去有機(jī)模板后，得到三維支化二氧化猛納米材料。
[0036]在本步驟中，對(duì)褐色沉淀依次進(jìn)行洗滌、干燥并加熱。其中，洗滌是為了除去未反應(yīng)的含錳化合物，加熱是為了除去有機(jī)模板。
[0037]在本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述含錳化合物溶液與所述有機(jī)模板溶液中的含錳化合物和有機(jī)模板的摩爾比為10:1-1:30。在本實(shí)施例中，為了保證含錳化合物與有機(jī)模板的充分反應(yīng)，也為了保證所制備得到的二氧化錳納米材料的形貌、結(jié)構(gòu)(孔尺寸、比表面積)達(dá)到預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)，并具有優(yōu)良的電化學(xué)性質(zhì)(比電容、耐高掃速性、循環(huán)穩(wěn)定性)，本實(shí)施例中對(duì)含錳化合物與有機(jī)模板的摩爾比進(jìn)行了優(yōu)化，即摩爾比在1: 1-1: 30的范圍內(nèi)。可以理解的是，由上述范圍內(nèi)摩爾比所制備得到的二氧化錳納米材料在形貌、結(jié)構(gòu)、電化學(xué)性質(zhì)等方面均符合預(yù)期要求。優(yōu)選的，含錳化合物與有機(jī)模板的摩爾比例如可以為10:1、5:1、1: 1、1: 5、1:10、1:15、1:20、1:25、1:30等?？梢岳斫獾氖牵i化合物和有機(jī)模板的摩爾比并不局限于上述所列舉的，只要符合上述范圍條件均可。
[0038]在上述實(shí)施例的一優(yōu)選實(shí)施例中，所述含錳化合物為高錳酸鉀和硝酸錳。在本實(shí)施例中，主要是利用高錳酸鉀(+7價(jià))和硝酸錳(+2價(jià))的氧化還原反應(yīng)得到二氧化錳(+4價(jià))，可以理解的是，利用同價(jià)態(tài)的硫酸錳、醋酸錳或氯化錳代替硝酸錳與高錳酸鉀反應(yīng)也可能得到類似結(jié)構(gòu)的材料。從理論上來說，既可以通過高價(jià)錳(例如高錳酸鉀)的還原制備，也可以通過低價(jià)態(tài)錳(例如硝酸錳)的氧化來得到。這里需要說明的是，對(duì)于高價(jià)錳的還原制備而言，更多的需要考慮還原反應(yīng)速率，如果還原反應(yīng)速率較慢，則不能得到本申請(qǐng)中的具有規(guī)則三維支化結(jié)構(gòu)的二氧化錳納米材料，例如用葡萄糖、甲酸等來還原高錳酸鉀。
[0039]在上述實(shí)施例的一優(yōu)選實(shí)施例中，所述高錳酸鉀和所述硝酸錳的摩爾比為2:1-2:
10。在本實(shí)施例中，不同的配比僅會(huì)對(duì)反應(yīng)速率以及產(chǎn)物形貌的均一性產(chǎn)生影響，在有些比例下，除了三維支化結(jié)構(gòu)外，還可能生成一定比例其它結(jié)構(gòu)的材料，但這并不影響得到本申請(qǐng)所提供的三維支化結(jié)構(gòu)的二氧化錳。
[0040]在本發(fā)明的一實(shí)施例中，將兩親性有機(jī)分子超聲分散于水中后，將pH值調(diào)節(jié)到3-9的范圍內(nèi)。在本實(shí)施例中，將pH值調(diào)節(jié)到3-9的范圍內(nèi)，可確保反應(yīng)體系整體在近中性的環(huán)境下反應(yīng)，以保證整個(gè)合成過程具有環(huán)境友好的特點(diǎn)。可以理解的是，可將pH值調(diào)節(jié)4、5、6、
7、8不等或上述范圍內(nèi)的其它任一點(diǎn)值均可。
[0041]在本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述兩親性有機(jī)分子的一端為含有可形成氫鍵的疏水單元，另一端為功能性基團(tuán)的親水單元，其中，可由ΝΗ、0等形成氫鍵的疏水單元，可由伯胺基、叔胺基、胍基、咪唑基、羧基中的至少一種功能性基團(tuán)組成的親水單元。在本實(shí)施例中，通過親疏水作用和分子間氫鍵作用等構(gòu)建外圍覆蓋有功能性基團(tuán)的一維有機(jī)模板，這樣可通過調(diào)節(jié)親水、疏水部分的組成、結(jié)構(gòu)或組裝條件來調(diào)控有機(jī)模板的尺寸、形貌和表面性質(zhì)等。
[0042]在本發(fā)明的一實(shí)施例中，將所述褐色沉淀在300°C-600°C的溫度下加熱2-10小時(shí)，以除去所述有機(jī)模板。在本實(shí)施例中，由于有機(jī)模板具有揮發(fā)性，因此選擇將褐色沉淀在高溫下進(jìn)行加熱，以有效除去有機(jī)模板。選擇在300°C-600°C的溫度下進(jìn)行加熱是為了在除去有機(jī)模板的同時(shí)可保持三維支化二氧化錳納米結(jié)構(gòu)的完整性，例如，高溫溫度可以為3500C、400°C、450°C、500°C、550°C或者該范圍內(nèi)的其它任一點(diǎn)值均可?？梢岳斫獾氖牵瑢?duì)于加熱時(shí)間，本申請(qǐng)中并不做具體限定，只要能夠有機(jī)模板完全除去即可，這里可以通過紅外光譜中1600-1700cm—1區(qū)間酰胺I帶的紅外吸收消失與否判斷。例如，加熱溫度可以為3、4、5、6、
7、8、9小時(shí)不等或上述范圍內(nèi)的其它任一點(diǎn)值均可。
[0043]本發(fā)明的另一實(shí)施例提供了一種如上述實(shí)施例中任一項(xiàng)所述的三維支化二氧化錳納米材料的制備方法所制備得到的三維支化二氧化錳納米材料。由本發(fā)明實(shí)施例制備得到的三維支化二氧化錳納米材料具有多級(jí)有序的三維結(jié)構(gòu)和超高的比表面積，比表面積高達(dá)250111?-1，遠(yuǎn)大于由納米粒子(52-108111?+1)、納米棒(100-1 SOm2g+1)、納米片(23-4311?+1)等作為電極材料的比電容，具有優(yōu)異的電化學(xué)性能，以其作為超級(jí)電容器電極材料，可獲得尚達(dá)430F g 1的比電容，良好的耐尚掃速性和循環(huán)穩(wěn)定性，尚于常見的由純一■氧化猛材料構(gòu)成的超級(jí)電容器電極。
[0044]本發(fā)明的再一實(shí)施例提供了一種如上述實(shí)施例所述的三維支化二氧化錳納米材料在超級(jí)電容器電極制備中的應(yīng)用。由本發(fā)明實(shí)施例制備得到的三維支化二氧化錳納米材料由于具有多級(jí)有序的三維結(jié)構(gòu)、超高的比表面積以及優(yōu)異的電化學(xué)性能，因此可作為超級(jí)電容器電極材料，當(dāng)其作為電極材料，可獲得高達(dá)430F g—1的比電容，良好的耐高掃速性和循環(huán)穩(wěn)定性，因此可用于制備超級(jí)電容器的電極。
[0045]本發(fā)明的又一實(shí)施例提供了一種超級(jí)電容器電極的制備方法，包括:
[0046]S1:將三維支化二氧化錳納米材料、乙炔黑、聚四氟乙烯乳液按摩爾比80:15: 5的比例混合，待混合均勻后加入乙醇攪拌，并烘干；
[0047]S2:將烘干后得到的粉末涂在兩片泡沫鎳上，用油壓機(jī)以1MPa的壓力將兩片泡沫鎳壓下作為工作電極，輔助電極為鉑絲，參比電極為飽和甘汞電極。
[0048]本發(fā)明上述實(shí)施例列舉了一種利用本發(fā)明上述實(shí)施例制備得到的三維支化二氧化錳納米材料作為電極材料的制備超級(jí)電容器電極的方法。由于本發(fā)明實(shí)施例制備得到的三維支化二氧化錳納米材料具有多級(jí)有序的三維結(jié)構(gòu)、超高的比表面積以及優(yōu)異的電化學(xué)性能，因此作為電極材料用于超級(jí)電容器電極制備時(shí)，可獲得具有優(yōu)異電化學(xué)性能的電極。
[0049]為了更清楚詳細(xì)地介紹本發(fā)明實(shí)施例所提供的一種三維支化二氧化錳納米材料的制備方法，以下將結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)行說明。
[0050]實(shí)施例1
[0051 ]首先，將兩親性有機(jī)分子超聲分散于水中，調(diào)節(jié)pH值至3，置于室溫放置，得到有機(jī)模板溶液；隨后，將高錳酸鉀溶液和硝酸錳溶液加入到所述有機(jī)模板溶液中，待攪拌混勻后，反應(yīng)1-3小時(shí)，離心得到褐色沉淀;最后，對(duì)所述褐色沉淀進(jìn)行洗滌、干燥并加熱，待除去有機(jī)模板后，得到三維支化二氧化錳納米材料I。
[0052]實(shí)施例2
[0053]首先，將兩親性有機(jī)分子超聲分散于水中，調(diào)節(jié)pH值至6，置于室溫放置，得到有機(jī)模板溶液；隨后，將高錳酸鉀溶液和硝酸錳溶液加入到所述有機(jī)模板溶液中，待攪拌混勻后，反應(yīng)4-6小時(shí)，離心得到褐色沉淀;最后，對(duì)所述褐色沉淀進(jìn)行洗滌、干燥并加熱，待除去有機(jī)模板后，得到三維支化二氧化錳納米材料2。
[0054]實(shí)施例3
[0055]首先，將兩親性有機(jī)分子超聲分散于水中，調(diào)節(jié)pH值至9，置于室溫放置，得到有機(jī)模板溶液；隨后，將高錳酸鉀溶液和硝酸錳溶液加入到所述有機(jī)模板溶液中，待攪拌混勻后，反應(yīng)7-10小時(shí)，離心得到褐色沉淀;最后，對(duì)所述褐色沉淀進(jìn)行洗滌、干燥并加熱，待除去有機(jī)模板后，得到二維支化二氧化猛納米材料3。
[0050]由上述實(shí)施例1 - 3所制備得到的三維支化二氧化猛納米材料1- 3的形貌、結(jié)構(gòu)表征、電化學(xué)性能幾近相同，因此，以下將以實(shí)施例2得到的三維支化二氧化錳納米材料2為例進(jìn)行具體描述。
[0057]實(shí)施例4
[0058]三維支化二氧化錳納米材料的形貌和結(jié)構(gòu)表征
[0059]高分辨透射電子顯微鏡，型號(hào):JEM-2100UHR，儀器生產(chǎn)廠家:日本電子(JE0L)，加速電壓:200kV;
[0060]本實(shí)施例結(jié)合高分辨透射顯微鏡以及能譜分析儀觀察三維支化二氧化錳納米材料的形貌和結(jié)構(gòu)，具體的，將樣品分散在乙醇中，滴在鍍有碳膜的銅網(wǎng)上，干燥后利用專用的樣品桿放入樣品室，抽真空，調(diào)節(jié)合適的分辨率和焦距，選擇合適的曝光時(shí)間，拍攝圖像。
[0061]由圖1中可以看出，二氧化錳的納米薄片是沿著一維有機(jī)模板組裝形成的三維支化結(jié)構(gòu)，通過放大的透射電鏡照片分析發(fā)現(xiàn)，納米片呈扭曲狀態(tài)，單個(gè)納米薄片的厚度小于I納米，在一維有機(jī)模板的調(diào)控下有序組裝形成。正是由于這種顯微結(jié)構(gòu)，賦予了二氧化錳非常高的比表面積和電化學(xué)活性面積。
[0062]實(shí)施例5
[0063]三維支化二氧化錳納米材料的BET比表面積測試
[0064]采用AutOSOrb-6B型物理吸附分析儀分析，將樣品在真空下200°C脫氣處理，然后將樣品放入加有液氮的冷阱中，給定Ρ/Ρ0值，達(dá)到吸附平衡后便可通過恒溫的配氣管測出吸附體積V。這樣通過一系列Ρ/Ρ0及V的測定值，得到多個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，將這些數(shù)據(jù)點(diǎn)連接起來得到等溫吸附線，反之降低真空，脫出吸附氣體可以得到脫附線，帶入裂縫模型后計(jì)算得到比表面積和孔徑分布信息，即BJH曲線。
[0065]由圖2A中可以看出，三維支化二氧化錳納米材料表現(xiàn)出了IV型等溫曲線的特征，在相對(duì)壓力0.4-1.0范圍內(nèi)出現(xiàn)了遲滯回線，表明材料中主要含有狹窄的縫形孔，這也進(jìn)一步驗(yàn)證了三維支化二氧化錳材料是由片狀單元沿一維有機(jī)模板堆疊而成。由圖2B中可以看出，三維支化二氧化錳材料的孔徑在3-8nm左右。
[0066]實(shí)施例6
[0067]三維支化二氧化錳材料作為超級(jí)電容器電極材料的比電容-掃描速率曲線分析
[0068]由圖3A可以看出，在掃描速度5-100mVs—1范圍內(nèi)，其循環(huán)伏安曲線均呈現(xiàn)近似長方形，即使在高掃速下也沒有明顯的扭曲，表明本發(fā)明實(shí)施例制備得的三維支化二氧化錳納米材料電極具有良好的電容特性。圖3B是三維支化二氧化錳納米材料電極的比電容-掃描速率曲線，更加明確地證明了這一點(diǎn)，即三維支化二氧化錳納米材料電極具有較高的比電容和良好的耐高掃速性。
[0069]實(shí)施例7
[0070]三維支化二氧化錳材料作為超級(jí)電容器電極材料在2500次循環(huán)后的比電容-循環(huán)次數(shù)分析
[0071]本實(shí)施例以5mVs—1的掃描速度下，對(duì)上述三維支化二氧化錳材料進(jìn)行了2500次循環(huán)掃描，如圖4所示，比電容只是略有下降，且在2500次掃描后比電容的保持率在95%左右，由此可證明所制備三維支化二氧化錳材料作為超級(jí)電容器電極具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種三維支化二氧化猛納米材料的制備方法，其特征在于，包括: 將兩親性有機(jī)分子超聲分散于水中，調(diào)節(jié)PH值，置于室溫放置，得到有機(jī)模板溶液； 將含錳化合物溶液依次加入到所述有機(jī)模板溶液中，待攪拌混勻后，反應(yīng)1-10小時(shí)，離心得到褐色沉淀； 對(duì)所述褐色沉淀進(jìn)行洗滌、干燥并加熱，待除去有機(jī)模板后，得到三維支化二氧化錳納米材料。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述含錳化合物溶液與所述有機(jī)模板溶液中的含錳化合物和有機(jī)模板的摩爾比為10:1-1:30。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制備方法，其特征在于，所述含錳化合物為高錳酸鉀和硝酸錳。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述高錳酸鉀和所述硝酸錳的摩爾比為2:1-2:10。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，將兩親性有機(jī)分子超聲分散于水中后，將pH值調(diào)節(jié)到3-9的范圍內(nèi)。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述兩親性有機(jī)分子的一端為含有可形成氫鍵的疏水單元，另一端為含有功能性基團(tuán)的親水單元，其中，所述功能性基團(tuán)選自伯胺基、叔胺基、胍基、咪唑基和羧基中的至少一種。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，將所述褐色沉淀在300°C-600°C的溫度下加熱2-10小時(shí)，以除去所述有機(jī)模板。8.—種如權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的三維支化二氧化錳納米材料的制備方法所制備得到的三維支化二氧化錳納米材料。9.一種如權(quán)利要求8所述的三維支化二氧化錳納米材料在超級(jí)電容器電極制備中的應(yīng)用。10.—種超級(jí)電容器電極的制備方法，其特征在于，包括: 將三維支化二氧化錳納米材料、乙炔黑、聚四氟乙烯乳液按摩爾比80:15:5的比例混合，待混合均勻后加入乙醇攪拌，并烘干； 將烘干后得到的粉末涂在兩片泡沫鎳上，用油壓機(jī)以1MPa的壓力將兩片泡沫鎳壓下作為工作電極，輔助電極為鉑絲，參比電極為飽和甘汞電極。
【文檔編號(hào)】H01G11/46GK106044861SQ201610352477
【公開日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年5月25日
【發(fā)明人】王生杰, 徐海, 杜明軒, 王棟, 鄧禮
【申請(qǐng)人】中國石油大學(xué)(華東)