[发明专利]一种石墨烯与活性炭的复合物、其制备方法及其应用

说明书

本发明提供了一种石墨烯与活性炭的复合物、其制备方法及其应用，方法包括：将酚醛型阳离子交换树脂和丙烯酸型阳离子交换树脂分别预处理后以0.3～5:1的质量比混合，得到混合树脂；将混合树脂负载金属催化剂，得到负载有催化剂的树脂碳源；将活化造孔剂与树脂碳源混合，在400～1000℃下加热0.5～10小时，得到石墨烯与活性炭的复合物。该方法采用酚醛型和丙烯酸型阳离子交换树脂原位一步法制得石墨烯与活性炭的复合物，方法简单，易于实现工业化；制得的复合物应用在超级电容器中具有优异的电化学性能。在0.1Ag^‑1的电流密度下，比容量在290～310F·g^‑1，循环3000次之后容量保持率在90～95％。

技术领域

本发明涉及活性炭复合物技术领域，尤其涉及一种石墨烯与活性炭的复合物、其制备方法及其应用。

背景技术

活性炭具有比表面积大、孔径结构可调整、化学稳定性高等优势而且通过工艺调控、修饰改性等手段可以使其性能进一步优化，成为超级电容器电极首选的材料，也是目前商业化水平最成熟的电极材料。理想的超级电容器用活性炭应当具备高比表面积、丰富的有效孔径结构、导电性能好、电化学性能优异等特性，但是由于活性炭材料拥有丰富的空隙结构，导致其导电性并不是很好，从而影响电极材料的循环稳定性和倍率性能。因此，致力于研制导电性能好、比表面高、孔径分布合理的活性炭材料是势在必行的，也是一项很有价值意义的研究工作。

石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状结构，并且只有一个碳原子厚度的二维材料。石墨烯常温下的电子迁移率超过15000cm²/Vs，高于碳纳米管和晶体硅；石墨烯的电阻率只有10^-6Ωcm，比铜和银更低，是目前电阻率最低的材料。石墨烯具备超高的导电性和良好的电化学性能，因此将活性炭与石墨烯复合，能提升活性炭电极材料的导电性，进而提升其电化学性能。

目前关于活性炭与石墨烯复合的方法有很多种。例如，将活性炭粉体与石墨烯通过球磨、搅拌等机械方式直接混合。该方法得到的混合粉体中石墨烯分散不匀。还有方法是利用氧化石墨烯的水溶性，通过添加表面活性剂，将氧化石墨烯与活性炭混合，再通过热还原得到活性炭与石墨烯的复合材料，该方法虽然在一定程度上解决了混合不匀的问题，但工艺较为复杂，增加生产能耗。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种石墨烯与活性炭的复合物、其制备方法及其应用，该制备方法原位一步法制得复合物，方法简单，且制得的复合物具有优异的电化学性能。

本发明提供了一种石墨烯与活性炭的复合物的制备方法，包括以下步骤：

将酚醛型阳离子交换树脂和丙烯酸型阳离子交换树脂分别预处理后以0.3～5:1的质量比混合，得到混合树脂；

将所述混合树脂负载金属催化剂，得到负载有催化剂的树脂碳源；

将活化造孔剂与所述树脂碳源混合，在400～1000℃下加热0.5～10小时，得到石墨烯与活性炭的复合物。

优选地，所述酚醛型树脂选自型号为D122酚醛树脂和/或型号为D125酚醛树脂；

所述丙烯酸型树脂选自型号为D133丙烯酸树脂。

优选地，所述金属催化剂和混合树脂的质量比为1:5～50。

优选地，所述金属催化剂选自铁盐、亚铁盐、镍盐、钴盐、铜盐、铁氰化物和亚铁氰化物中的一种或多种。

优选地，所述活化造孔剂选自水蒸气、二氧化碳、氢氧化钾、氢氧化钠、氯化锌和磷酸中的一种或多种。

优选地，所述活化造孔剂和树脂碳源的质量比为5～50:1。

优选地，所述加热的温度为650℃～850℃；

所述加热的时间为1～9h。