[发明专利]一种基于柿子单宁吸附的镍、钴掺杂的多孔碳复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种基于柿子单宁吸附的镍、钴掺杂的多孔碳复合材料，由柿子单宁固化材料吸附了Co、Ni离子后，进行高温煅烧制得。以吸附了镍、钴的固化柿子单宁材料为前驱体，采用一步煅烧法，将镍、钴氧化物均匀地分散在多孔碳的孔道内。其制备方法包括：1）将柿子单宁与胶原纤维溶于入水中反应，然后将戊二醛溶液逐滴加入到产物中，反应、处理，得到固化柿子单宁粉末；2）将固化柿子单宁粉末加入NiSO₄和CoSO₄的混合溶液中反应，处理，得到前驱体；3）将前驱体煅烧即可。作为超级电容器电极材料的应用，比电容为400~500F/g。本发明不仅表现出双电层电容性能，而且表现出法拉第电容性能，因而用于超级电容器的电极材料表现出良好的性能。

技术领域

本发明涉及超级电容器技术领域，具体涉及一种基于柿子单宁吸附的镍、钴掺杂的多孔碳复合材料的制备及在超级电容器领域的应用。

背景技术

柿子单宁是一种天然多酚化合物，也是一种天然生物材料。近年柿子单宁作为一种新型吸附材料已经引起了一些研究人员的关注，其单宁分子中具有的邻位酚羟基结构，使它能和很多金属离子发生络合反应，形成较为稳定的络合物，并且反应迅速，经过固化后，可以实现对工业废水中过渡金属离子的快速处理，而且具有很高的吸附容量，吸附速度快，可以在短时间内实现过渡金属离子的快速吸附。柿子单宁与过渡金属离子在发生络合反应的同时，也往往发生氧化还原反应，而使高价态的金属离子如Co²⁺、Ni²⁺、还原成Co⁺、Ni⁺。这为制备可控浓度掺杂的镍、钴金属氧化物提供了良好的前驱体，而且变废为宝，实现资源的有效利用。

超级电容器电极材料一直是今年来研究的热点，如何将双电层电容器电极材料和法拉第电容电极材料有机的结合起来提高材料的比电容一直是研究人员关注的焦点。双电层电容器电极材料，如碳材料，稳定性好，但比电容低，而法拉第电容材料，如过渡金属氧化物，比电容高，但导电性和稳定性差。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于柿子单宁吸附的镍、钴掺杂的多孔碳复合材料制备方法和在超级电容器领域的应用。

本发明创新性地利用吸附了Co、Ni粒子的固化柿子单宁为前驱体，制备多孔碳复合材料。基本工作原理是采用吸附法将Co、Ni金属离子吸附在固化柿子单宁材料上，然后在高温下进行碳化，得到掺杂Ni、Co金属氧化物的多孔碳复合材料。

由于柿子单宁易溶于水，一般不能直接用于过渡金属离子的吸附，但可以采用高分子材料作支撑材料，将柿子单宁固化在这些高分子材料上，制得固化柿子单宁吸附材料。固化柿子单宁吸附材料具有较多的邻位酚羟基结构，使其与金属离子有较强的结合能力，能够与许多金属离子形成稳定的螯合物。对吸附了过渡金属离子的固化柿子单宁材料进行碳化处理，可以得到高比表面的含有金属氧化物的多孔碳材料，而且金属氧化物均匀地分散在碳材料中，对于提高材料的比电容有良好的效果。过渡金属元素具有丰富的价态，因而在电化学氧化还原反应的过程中，表现出高的法拉第电容。因此，本发明不仅表现出多孔碳的双电层电容性能，而且表现出金属氧化物的法拉第电容性能，因而用于超级电容器的电极材料表现出良好的性能。并且其制备方法简单，而且适合大批量的生产，对发展高性能的超级电容器具有很重要的意义。

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

基于柿子单宁吸附的镍、钴掺杂的多孔碳复合材料，由柿子单宁固化材料吸附了Co、Ni离子后，再进行高温煅烧，得到镍、钴氧化物掺杂的多孔碳复合材料；以吸附了镍、钴的固化柿子单宁材料为前驱体，采用一步煅烧法，将镍、钴氧化物均匀地分散在多孔碳的孔道内。

基于柿子单宁吸附的镍、钴掺杂的多孔碳复合材料的制备方法包括以下步骤：