[发明专利]一种用于超级电容器电极材料的有序介孔碳负载二氧化锰壳核型纳米带的制备方法

说明书

本发明提供的是一种用于超级电容器电极材料的有序介孔碳负载二氧化锰壳核型纳米带的制备方法。以有序介孔分子筛为模板，通过填碳、碳化和模板去除得到内部孔道有序的介孔碳分子筛，最后以碳分子筛为原料原位构筑碳负载二氧化锰壳核型材料，并首次应用到超级电容器正极材料中，表现出一定的电化学性能。所发明的二氧化锰为纳米层状，沿碳分子筛边缘垂直生长，提供大比表面积，内部碳分子筛仍保持有序介孔孔道结构，缩短溶剂扩散的路径，具有高活性位点。与此同时，本发明克服二氧化锰导电性差，比电容低，循环稳定性差等缺点，这种壳核结构复合材料也可应用于电池、吸附等领域。

技术领域

本发明涉及的是一种用于超级电容器电极材料的有序介孔碳负载二氧化锰壳核型纳米带的制备方法。

背景技术

超级电容器是一种新型的电化学储能装置，具有功率密度高、循环寿命长、充放电速度快等优点，弥补锂离子电池功率密度低及长期使用过程中产生的性能衰退和安全隐患等问题。但超级电容器受制于较低的能量密度，致使其常见于提供瞬时功率的后备功能单元或与其他电源组合，无法作为单独储能元件发挥供能特性。在实际应用中，制约电容器能量密度提升的关键在于匹配合适的电极材料。传统的超级电容器电极材料主要分为两类，以高比表面积碳材料 (活性炭、石墨烯、碳纳米管等)为主的双电层电容材料，和过渡金属氧化物/氢氧化物(RuO₂、Co₃O₄/Co(OH)₂、NiO/Ni(OH)₂、MnO₂等)、导电聚合物 (PANI、PPy、PEDOT等) 等为主的赝电容材料。其中二氧化锰是一种应用广泛的过渡金属氧化物赝电容材料，最近研究中采用碳材料增大MnO₂比表面积并且改善其导电性，结合二氧化锰自身可发生的连续电化学反应，克服电解液扩散速率慢的缺点，得到一系列具有高性能的电极材料。二氧化锰与碳的复合方法较多，例如原位合成、化学修饰改性等，具体可参见相关文献Amade R, Jover E, Caglar B, et al. Optimization of MnO₂/vertically alignedcarbon nanotube composite for supercapacitor application. Journal of PowerSources, 2011, 196(13): 5779-5783. Zhi J, Deng S, Wang Y, et al以及Highlyordered metal oxide nanorods inside mesoporous silica supported carbonnanomembranes: high performance electrode materials for symmetricalsupercapacitor devices. The Journal of Physical Chemistry C, 2015, 119(16):8530-8536.在碳材料表面原位合成和化学修饰改性得到二氧化锰和碳复合材料，碳和二氧化锰之间的结合力弱，在长期的充放电过程中容易脱落，导致循环性能下降。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够克服二氧化锰导电性差，比电容低，循环稳定性差等缺点，解决超级电容器能量密度低和材料价格高等问题的有序介孔碳负载二氧化锰壳核型纳米带的制备方法。

本发明的有序介孔碳负载二氧化锰壳核型纳米带的制备方法具体包括如下步骤：

（1）量取0.7-0.8mL浓硫酸分散到10mL水中，加入适量碳源及分子筛；

（2）将步骤（1）得到的混合物用干净的抽滤瓶进行6次以上的抽滤，抽滤过程仅用滤液去洗涤滤饼，抽滤结束后将滤液和滤饼混合，于60^oC恒温干燥箱中干燥12h，研磨后转移至坩埚160^oC高温处理；

（3）将步骤（2）得到产物与减量的碳源、浓硫酸、蒸馏水混合，然后重复步骤（2）的抽滤、混合、干燥、研磨和高温处理操作；