[发明专利]一种疏水性席夫碱钴@β环糊精-石墨烯多孔碳复合材料的制备及应用

说明书

本发明涉及一种疏水性席夫碱钴@β环糊精‑石墨烯多孔碳复合材料的制备及应用。该方法采用均相反应釜、醇热法合成了疏水性5‑氯水杨醛缩二氰二胺席夫碱钴金属配合物，然后与疏水性β环糊精形成包合物，并与氧化石墨烯稳定交联，最后经过过滤、洗涤、干燥以及高温煅烧等处理制得。该材料具有以下优点：5‑氯水杨醛缩二氰二胺席夫碱钴金属配合物具有疏水性结构，为内部疏水外部亲水结构的β环糊精成功包埋提供了反应基础条件；采用溶剂热法和碳化法，工艺简单，环境友好；水/醇介质体系增强了材料的分散性。作为超级电容器电极材料的应用，在0‑0.4V范围内充放电，在放电电流密度为1A/g时，比电容可以达到500‑1000F/g，且具有优异的电化学特性和化学稳定性。

技术领域

本发明涉及超级电容器技术领域，具体涉及一种疏水性席夫碱钴@β环糊精-石墨烯多孔碳复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

新能源需求的快速增长促进了各种新型能源存储或能源转换器件的发展。作为一种新型储能装置，超级电容器具有输出功率高、充电时间短、使用寿命长、工作温度范围宽、安全且无污染等优点，是新型的绿色环保电源。为满足当前电子设备对续航能力需求的提高，超级电容器的能量密度还有待进一步提升。研究制备具有高比电容的复合电极材料是提高超级电容器能量密度的一种有效途径。

在配位化学研究领域中，席夫碱是一类重要的、结构上可设计调控的有机配体，具有合成简易、性能多样和结构可调等特点，是构筑有机-金属配合物的良好构件。随着各领域学者对于席夫碱化合物的重视，针对席夫碱化合物的相关研究也不断取得新的研究成果。席夫碱因具有良好的生物活性成为人们研究和关注的对象，具有灵活多变的结构特征，并且席夫碱具有潜在的配位能力，在生物药学、分析化学、催化以及功能材料等领域被广泛引用。值得注意的是，希夫碱金属配合物可以作为载体制作电极，用于特定离子的检测。这种离子选择性电极是一种已获得实际应用的电化学传感器，它具有分析快速简便，对分析物无损害和可现场测试等优点。但是，席夫碱及其配合物在异相体系中却受到了极大地限制，因此，将某些具有疏水性的有机配体与金属离子结合得到具有疏水性席夫碱，大大提高了其应用范围以及稳定性。

β环糊精，一种由糖苷键结合成的环状中空圆筒形低聚糖，具有内部疏水，外部亲水的特性。这种特殊的结构使它可以通过疏水作用、氢键、范德华力等作用，与疏水性分子或者物质形成稳定的包合物，用于包合疏水性药物可形成“分子胶囊”。此外，β环糊精可与氧化石墨烯以共价键和非共价键两种结合方式构筑超分子杂化体，形成高稳定性的复合材料，可用于超级电容器电极材料研究。

石墨烯，一种以二维碳同素异形体而闻名世界的材料，从发现至今，一直是众多科学家研究的热门对象，由于其超凡的电学特征和热力学特征在众多领域都备受青睐，并且石墨烯复合材料电化学性能优异具有广阔的应用前景。

电极材料是超级电容器性能最关注的性能之一，疏水性席夫碱配合物/β环糊精复合材料成为极具发展前景的储能材料，有效地解决了异相体系中的排斥现象，并且由于疏水性席夫碱配合物独特的性质与β环糊精-石墨烯复合，极大改善了电极材料团聚、导电性差、循环稳定性差等问题。因此，高性能超级电容器电极材料的设计与制备，是我们当前研究的热点之一。

经研究对比发现，未添加疏水性席夫碱，即单纯的氧化石墨烯-β环糊精复合对于电极材料比电容提升有限，比如：L. Xu, L. Cui, C. Cheng, J. Gao, X. Jin, J.C.Gallop, L. Hao, Highly Flexible and Durable Graphene Hybrid Film ElectrodeModified with Aminated beta-Cyclodextrin for Supercapacitor, Journal Of theElectrochemical Society, 166 (2019) A1636-A1643.制备的氧化石墨烯/β-环糊精G/β-CD比电容为149 F g ⁻¹，并且氮掺杂的氧化石墨烯/β-环糊精G/β-CD-N比电容也仅为192 Fg ⁻¹。