[发明专利]一种超级电容器用多原子掺杂碳/聚苯胺复合材料的制备方法

说明书

一种超级电容器用多原子掺杂碳/聚苯胺复合材料的制备方法，属于碳材料和超级电容器技术领域。包括以下步骤：对材料进行预处理、高温碳化活化、有机污染物物理吸附以及通过电沉积聚苯胺进行复合。本发明将生物质资源有效利用制备生物质碳材料。使用生物质碳吸附废水中的有机污染物对生物质碳改性，既解决了废水污染的问题，同时对污染物进行废物利用解决资源浪费的问题，又得到了新型的电极材料。最终得到的材料具有较好的电容性能，在1M H₂SO₄电解液中，电流密度为0.1A/g时，比电容最高可达557F/g，具有优良的倍率性能，同时，具有较高的能量密度，可达30.33Wh/kg。

技术领域

本发明涉及超级电容器用多原子掺杂碳/聚苯胺复合材料的制备，属于碳材料和超级电容器技术领域，涉及一种基于简单的吸附水中有机染料的物理方法和电沉积的方法。在处理有机污染物的同时，制备含多种杂原子掺杂的碳材料并将其与聚苯胺复合。适用于以生物质为碳前驱体多种杂原子掺杂碳/聚苯胺超级电容器电极材料的制备。

背景技术

超级电容器，也称为电化学电容器，具有功率密度高，可快速充放电以及循环使用寿命长的优点，广泛应用于能源储存领域。随着人们日益增长的需求造成能源短缺和环境污染，这促进了高性能、可持续发展及环境友好等新型超级电容器的开发。碳材料因其优良的导电性、导热性、高比表面积和化学稳定性且来源广泛，广泛应用于催化、能源转换及储存等能源相关领域。

生物质作为一种廉价的含碳物质，在制备碳材料领域备受关注，尤其是污染物吸附以及电化学领域，生物质碳材料具有超高的比表面积，从而具有很好的污染物吸附性能，同时通过杂原子掺杂制备生物质碳材料用于电化学领域来提高其性能引起广泛关注。β-环糊精(β-CD)是一个天然无毒的环状低聚糖，由七个葡萄糖单元组成，内部疏水，外部亲水，从而形成特殊的空穴结构。这种特殊的结构有利于制备具有高比表面积、强吸附性能以及高电容的碳材料。

本发明提出了一种基于物理吸附的方法，以β-CD为碳源，制备具有高吸附性能的生物质碳材料，并通过对亚甲基蓝(MB)、甲基橙(MO)和罗丹明B(RhB)等废水中的有机染料进行吸附，将废水中的有机污染物作为氮源与硫源，在对废水进行处理的同时制备一种新型的超级电容器用多原子掺杂的碳材料，且通过电沉积的方法制备碳/聚苯胺的复合材料。旨在提供在有机污染物处理基础上制备适用于超级电容器用多原子掺杂碳/聚苯胺复合材料的制备方法，制得具有高倍率性能、高电容性能和电化学稳定性的电极材料，可以提高生物质能的利用效率，并降低电化学成本。

发明内容

本发明实施例提供了一种基于有机污染物处理的超级电容器用多原子掺杂碳/聚苯胺复合材料的制备方法。为实现上述目的，本发明采用的方法如下：

(1)将β-环糊精(β-CD)溶解于去离子水；将溶液放入高压反应釜中，在特定温度的真空干燥箱内进行水热反应24h；

(2)将步骤(1)产物进行抽滤，洗涤至滤液无色；将产物转移至干燥箱中，进行干燥；

(3)在N₂氛围下，将步骤(2)产物于600-1000℃下保持1h；将氢氧化钾和碳化后产物按质量比1:1-4:1混合，在N₂氛围下，于600-1000℃下保持1h；

(4)将步骤(3)产物用去离子水浸泡10-20h，再滴加盐酸至酸性条件下浸泡10-20h；用去离子水冲洗至滤液呈中性，再次清洗以去除KCl；将其转移至干燥箱中，进行干燥，得到生物质多孔碳材料；

(5)将步骤(4)产物与有机染料或金属污染物污水进行物理混合并吸附，进行抽滤，洗涤至滤液无色；将产物转移至真空干燥箱中，进行干燥，得到多原子掺杂的碳材料；

(6)将步骤(5)产物与聚苯胺(PANI)通过电沉积的方法进行复合，得到相应产品。