一種負載二氧化錳的微介孔碳的制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種利用淀粉和錳鹽制備負載二氧化錳的微介孔碳材料的新方法。具體步驟如下：首先將淀粉和錳鹽按一定摩爾比配成混合溶液，將其置于反應釜中在一定溫度壓力下進行水熱反應合成二氧化錳/碳復合材料，再將其與活化劑按一定質量比混合，進行活化處理，制備具有高比電容量的負載二氧化錳的微介孔碳材料。
【專利說明】一種負載二氧化錳的微介孔碳的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種負載二氧化錳的微介孔碳的制備方法，具體涉及一種將淀粉和錳鹽在水熱條件下合成二氧化錳/碳復合材料，再將其在一定條件下活化處理，制備具有一定微介孔結構、高比電容量的二氧化錳/碳材料的新方法。
【背景技術】
[0002]隨著人口的急劇增長和社會經濟的迅速發展，資源和能源日漸短缺，環境保護日益受到重視，節約能源并且開發新能源日益受到重視。儲能裝置和能源材料與經濟、資源和環境密切相關。目前主要的儲能裝置有三類:蓄電池、傳統的靜電電容器以及超級電容器。超級電容器即電化學電容器，它有兩個主要分支:雙電層電容器和贗電容器。超級電容器的儲能密度和功率密度較好，成為目前研究的熱點，而電容器性能主要受電極材料影響，因此制備性能優良的超級電容器電極材料成為關鍵問題。其電極材料主要分為三類:碳材料,金屬氧化物以及導電聚合物。
[0003]碳材料具有較低的成本和多種存在形式，如碳粉末、碳纖維、碳納米管、碳復合物、等，它們被廣泛的應用于超級電容器。有效的雙電層電荷儲存要求材料具有高的表面積、孔隙適應離子的大小，這是影響超級電容器性能的關鍵。因此，多孔炭是最常使用的電極材料，通過實驗條件控制微介孔比率，使電容達到最大值。這些都能很好的增加它的雙電層性能。而低成本的金屬氧化物如二氧化錳，其具有低成本，環境友好，比電容較大，能夠快速的充放電等特性。將碳材料與二氧化錳材料進行復合，會同時發生雙電層電容和贗電容的所有優點，因此可通過制備性能優良的金屬氧化物/碳復合材料來提高超級電容器的比電容和功率。
[0004]專利CN103545122A公開了一種超級電容器用二氧化錳/碳復合材料的制備方法，其特征在于:將炭材料加入到去離子水中，超聲分散制備炭材料分散液；將二價錳鹽和高錳酸鉀加入到上述分散液中，攪拌使之充分溶解；將混合液轉移到水熱反應釜中，水熱反應一段時間得到黑色沉淀，經洗滌、干燥即可得到二氧化錳/碳復合材料。專利CN102977602A公開了一種制備二氧化錳/碳材料/導電聚合物復合材料的方法。專利CN101696323A公開了一種用于超級電容器的聚苯胺/ 二氧化錳復合材料的制備方法，該方法是采用高錳酸鹽作為氧化劑氧化苯胺，直接制備得到聚苯胺/ 二氧化錳復合材料。專利CN102795671A公開了一種以高錳酸鉀和抗壞血酸為原料制備介孔二氧化錳材料的方法。以上專利并未制備出微介孔結構可控、負載二氧化錳的多孔碳材料，因此制備二氧化錳負載的微介孔可控的碳材料將具有重要意義。
[0005]本專利是以淀粉和錳鹽為原料，在高溫高壓下水熱反應合成二氧化錳/碳復合材料，再將其與活化劑混合，在一定條件下活化處理，制備具有微介孔結構、高比電容量的二氧化錳/碳材料的新方法。
【發明內容】
[0006]本發明目的是提供一種利用淀粉和錳鹽制備具有微介孔結構、高比電容量的二氧化錳/碳材料的新方法。
[0007]本發明首先將淀粉和錳鹽按摩爾比為3:1?6:1配成一定量的混合溶液于反應釜中，將其在160?200°C溫度下進行水熱反應10?18小時，得到的固體經過濾，洗滌、干燥，制得二氧化錳/碳復合材料；再將此材料與活化劑按質量比1:3?6(g/g)混合，將其在700?900°C下活化反應I?2小時，固體過濾、洗滌、干燥，最終得到一種負載二氧化錳的微介孔碳復合材料。
[0008]本發明的特征在于:所述制備復合材料的錳鹽為硫酸錳和醋酸錳。
[0009]本發明的特征在于:所述活化劑為氫氧化鉀和氫氧化鈉。
【具體實施方式】
[0010]實施例1:將淀粉和硫酸錳按摩爾比為5: I配置一定體積混合溶液，將一定量混合液置于反應釜中，在180°C溫度下水熱反應14小時，固體過濾，洗滌、干燥，得到二氧化錳/碳復合材料；將此材料與KOH按質量比1: 4(g/g)混合，將其在800°C下活化反應I小時，固體過濾、洗滌、干燥，制備出比電容量為283F/g的負載二氧化錳的微介孔碳材料。
[0011]實施例2:改變淀粉和硫酸錳的摩爾比為4: 1，其他條件同實施例1，制備出比電容量為254F/g的負載二氧化錳的微介孔碳材料。
[0012]實施例3:改變水熱反應溫度為160°C，水熱反應16小時，其他條件同實施例1，制備出比電容量為260F/g的負載二氧化錳的微介孔碳材料。
[0013]實施例4:改變二氧化錳/碳材料與KOH的質量比為1: 3，活化時間改為2小時，其他條件同實施例1，制備出比電容量為237F/g的負載二氧化錳的微介孔碳材料。
[0014]實施例5:改變活化溫度為900°C，其他條件同實施例1，制備出比電容量為271F/g的負載二氧化猛的微介孔碳材料。
[0015]實施例6:改變活化試劑為NaOH，其他條件同實施例1，制備出比電容量為237F/g的負載二氧化錳的微介孔碳材料。
[0016]實施例7:改變二氧化錳/碳材料與NaOH的質量比為1: 3，將其在700°C下活化反應I小時，其他條件同實施例1，制備出比電容量為221F/g的負載二氧化錳的微介孔碳材料。
[0017]實施例8:將淀粉和醋酸錳按摩爾比為4:1配置一定體積混合溶液，將一定量混合液置于反應釜中，在180°C溫度下水熱反應14小時，固體過濾，洗滌、干燥，得到二氧化錳/碳復合材料；將此材料與KOH按質量比1: 5 (g/g)混合，將其在800°C下活化反應I小時，固體過濾、洗滌、干燥，制備出比電容量為266F/g的負載二氧化錳的微介孔碳材料。
[0018]實施例9:改變活化試劑為NaOH，其他條件同實施例8，制備出比電容量為231F/g的負載二氧化錳的微介孔碳材料。
[0019]實施例10:改變活化試劑為NaOH，將二氧化錳/碳材料與NaOH按質量比1: 4 (g/g)混合，其他條件同實施例8，制備出比電容量為243F/g的負載二氧化錳的微介孔碳材料。
【權利要求】
1.一種負載金屬二氧化錳的微介孔碳材料的制備方法，其具體步驟如下: 首先將淀粉和錳鹽按摩爾比為3:1?7:1配成一定量的混合溶液于反應釜中，將其在160?200°C溫度下進行水熱反應10?18小時，得到的固體經過濾，洗滌、干燥，制得二氧化錳/碳復合材料；再將此材料與活化劑按質量比1: 3?6(g/g)混合，將其在700?900°C下活化反應I?2小時，固體過濾、洗滌、干燥，最終得到一種負載金屬二氧化錳的微介孔碳材料。
2.—種如權利要求1所述的一種負載金屬二氧化猛的微介孔碳材料的制備方法，其特征在于:所述制備復合材料的錳鹽為硫酸錳和醋酸錳。
3.—種如權利要求1所述的一種負載金屬二氧化猛的微介孔碳材料的制備方法，其特征在于:所述活化劑為氫氧化鉀和氫氧化鈉。
【文檔編號】H01G11/46GK104332329SQ201410714078
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年11月26日 優先權日:2014年11月26日
【發明者】王麗麗, 余建國, 匡海鵬, 張曹進 申請人:天津工業大學