[发明专利]一种半纤维素基碳材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种半纤维素基碳材料及其制备方法，制备方法包括以下步骤：1)将柚子皮的黄色外皮去掉，剩余部分切成块状，超声洗涤后干燥，并研磨成粉末状，得到柚子皮粉末；2)将柚子皮粉末加入至碱溶液中，搅拌均匀后抽滤，取滤液并调节pH至中性，之后加入乙醇并进行过夜沉淀；3)将沉淀离心洗涤后干燥，得到半纤维素；4)将半纤维素进行高温煅烧，即得到半纤维素基碳材料。与现有技术相比，本发明制备得到的半纤维素基碳材料表面呈块状结构，具有较大的比表面积。当作为超级电容器的电极材料，表现出优异的电化学特征，是理想的电极材料之一。

技术领域

本发明属于碳材料技术领域，涉及一种半纤维素基碳材料及其制备方法。

背景技术

环境问题的日益加重使得人们意识到寻找绿色可再生新能源是当今需要迫切解决的问题。制造新型的能量储存装置已成为当前新能源领域的研究热点。伴随着便携式电子设备需求的日益增多，电动汽车等领域的快速发展，传统的铝电解物理电容在能量密度上的不足已难以满足人们的需求。科研工作者进行了锂离子电池、钠离子电池、锂硫电池等新型储能装置的研发，但二次电池受限于较差的循环寿命，较慢的充放电速率等各方面缺陷，在应用过程中受到了诸多限制。因此，为了弥补二次电池和普通电容器性能上的不足，超级电容器应运而生。

超级电容器(supercapacitor)是一种介于传统电容器和二次电池之间的新型储能元件。与传统静电电容器相比，超级电容器具有更大的容量，能量密度是传统电容器的20-200倍，而与电池相比，超级电容器具有优秀的大电流充放电能力，无需维护和保养，是一种清洁无污染储能设备，其具有传统电容器和锂二次电池无法替代的优势。

多孔碳材料由于其廉价的成本、优异的性能以及环境友好等特点，已成为当前超电容电极材料的研究热点。可作为超电容电极材料的多孔碳主要包括活性碳、碳气凝胶、碳纳米管等。活性碳材料具有比表面积大、孔结构丰富、导电性能好、化学稳定性好等优点。通常使用天然的生物质为碳源进行制备，原料丰富便于获取，具有良好的经济效益。并且可以通过改善制备方法，调节活化剂等相关参数，改善活性碳的电化学性能。因此，活性碳是当前碳基电极材料研究的首选材料。

然而，现有的活性碳材料种类较少，且制备过程复杂，限制了其进一步应用。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种半纤维素基碳材料及其制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种半纤维素基碳材料的制备方法，该方法包括以下步骤：

1)将柚子皮的黄色外皮去掉，剩余部分切成块状，超声洗涤后干燥，并研磨成粉末状，得到柚子皮粉末；

2)将柚子皮粉末加入至碱溶液中，搅拌均匀后抽滤，取滤液并调节pH至中性，之后加入乙醇并进行过夜沉淀；

3)将沉淀离心洗涤后干燥，得到半纤维素；

4)将半纤维素进行高温煅烧，即得到所述的半纤维素基碳材料。

进一步地，步骤1)中，超声洗涤过程为：先用水超声20-60min，之后用水洗涤。先将柚子皮的黄色外皮去掉，只留白色部分，以确保碳前体的成分一致。

进一步地，步骤1)中，干燥过程中，温度为100-300℃，时间为12-48h。

进一步地，步骤1)中，所述的柚子皮粉末的粒径为50-200目。

进一步地，步骤2)中，碱溶液为浓度10-20wt％的KOH溶液。

进一步地，所述的KOH溶液与乙醇的体积比为1:(1-3)，每100mL KOH溶液中加入0.8-1.2g柚子皮粉末。

进一步地，步骤2)中，搅拌过程中，温度为25-85℃，时间为4-24h。