[发明专利]一种锰/铁/碳纳米复合材料及其制备与应用

说明书

本发明涉及一种锰/铁/碳纳米复合材料及其制备与应用，具体为：(a)将间氨基苯酚甲醛树脂球加入到无机铁源水溶液中，搅拌、过滤、洗涤和干燥后，得到间氨基苯酚甲醛树脂球/铁前驱体；(b)将间氨基苯酚甲醛树脂球/铁前驱体分散到分散液中，再依次加入间氨基苯酚和甲醛，搅拌、过滤、洗涤和干燥后得到间氨基苯酚甲醛树脂球/铁/间氨基苯酚甲醛树脂球前驱体；(c)将间氨基苯酚甲醛树脂球/铁/间氨基苯酚甲醛树脂球前驱体加入到无机锰源水溶液中，搅拌、过滤、洗涤和干燥后得到间氨基苯酚甲醛树脂球/铁/间氨基苯酚甲醛树脂球/锰前驱体，再置于惰性气氛中焙烧得到锰/铁/碳复合纳米材料。与现有技术相比，本发明工艺简单，成本低廉。

技术领域

本发明涉及纳米材料制备领域，具体涉及一种锰/铁/碳纳米复合材料及其制备与应用。

背景技术

21世纪人类必须要面对的两大严峻考验是能源危机和环境污染，因此开发出清洁能源具有很重要的现实意义。目前，各类汽车在能源使用的占比上非常可观，而且使用常规能源(如石油)而造成的尾气排放也是环境污染的重要原因，因此世界各国十分重视电动汽车的发展。现今，动力电池的种类包括锂离子电池、氢镍电池和燃料电池等，作为具有高输出功率和长循环寿命的新型储能器件——超级电容器，自然在储能设备方面得到了众多的研究者的研究。超级电容器同时兼有电容器功率密度大和二次电池能量密度高的优点，具有功率密度高、充放电速度快、环境友好、循环寿命长、可逆性好、使用温度范围宽、安全性高以及成本低等特点。

金属氧化物如二氧化锰等具有较高的比电容量，是一种重要的电化学超级电容器和锂离子电池的电极材料，但导电性比较差，从而无法进一步提高电化学性能。目前研究者通过共沉淀法、电沉积法、水热法和原位生长法等将氧化锰制备成碳/氧化锰复合材料，以提高电极材料的导电性，有专利和文献报道过：采用浸渍法制备氧化锰/碳复合物材料，即先合成多孔碳，然后将锰的前驱体如硝酸锰、氯化锰等溶液浸泡，然后高温焙烧，获得碳/氧化锰复合物材料，但制备得到的碳/氧化锰复合材料的导电性仍无法达到预期。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题而提供一种锰/铁/碳纳米复合材料及其制备与应用，方法流程简单、操作方便，制得的纳米复合材料具有较高的导电性，可以用作超级电容器的电极材料或者锂离子电池的电极材料。

一种锰/铁/碳纳米复合材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

(a)将间氨基苯酚甲醛树脂球加入到无机铁源水溶液中，搅拌后，依次经过过滤、洗涤和干燥，得到间氨基苯酚甲醛树脂球/铁前驱体；

(b)将步骤(a)得到的间氨基苯酚甲醛树脂球/铁前驱体分散到分散液中，再依次加入间氨基苯酚和甲醛，搅拌后，依次经过过滤、洗涤和干燥，得到间氨基苯酚甲醛树脂球/铁/间氨基苯酚甲醛树脂球前驱体；

(c)将步骤(b)得到的间氨基苯酚甲醛树脂球/铁/间氨基苯酚甲醛树脂球前驱体加入到无机锰源水溶液中，搅拌后，依次经过过滤、洗涤和干燥，得到间氨基苯酚甲醛树脂球/铁/间氨基苯酚甲醛树脂球/锰前驱体；

(d)将步骤(c)得到的间氨基苯酚甲醛树脂球/铁/间氨基苯酚甲醛树脂球/锰前驱体置于惰性气氛中焙烧，得到锰/铁/碳纳米复合材料。

优选地，步骤(a)中，间氨基苯酚甲醛树脂球采用以下制备方法制备得到：将间氨基苯酚与甲醛依次加入到乙醇、水和氨水的混合溶液中进行搅拌22-26h，后依次经过过滤、洗涤和干燥，即得所述间氨基苯酚甲醛树脂球，其中，甲醛来自甲醛溶液，甲醛溶液中甲醛的质量浓度为35-40％，氨水来自氨水溶液，氨水溶液中氨水的质量浓度为25％，所述间氨基苯酚、甲醛溶液、乙醇、水和氨水溶液的添加比为0.71g:0.2-2g:5-15mL:20-30g:1.5-2.5g，干燥温度为40-60℃，干燥时间为10-14h。进一步优选地，乙醇、水和氨水的混合溶液的pH为9-11，所述间氨基苯酚、甲醛溶液、乙醇、水和氨水溶液的添加比为0.71g:1.0g:10mL:24g:2.0g，搅拌时间为24h，干燥温度为50℃，干燥时间为12h。