[发明专利]一种纳米花状Co3

说明书

本发明涉及超级电容器技术领域，且公开了一种纳米花状Co₃O₄修饰N,P掺杂多孔碳超级电容器，四氧化三钴优良的比容量能够提高基体的比容量，避免了碳材料电极的比容量低的问题，纳米花结构和多孔碳材料均具有大的比表面积和丰富的孔道结构，为电子和离子的传输提供优良的孔道结构和反应活性位点，均匀生长的碳基体上，有效的解决四氧化三钴在充放电过程中发生体积膨胀而导致的结构坍塌的问题，氮原子上的孤对电子和碳原子上的大π键产生共轭作用，提高多孔碳表面的化学吸附性和润湿性，磷元素使得多孔碳材料上的缺陷位点增多，无序化程度和活性位点有所提高，得到的复合材料具有优良的导电性和循环稳定性。

技术领域

本发明涉及超级电容器技术领域，具体为一种纳米花状Co₃O₄修饰N,P掺杂多孔碳超级电容器和制备方法。

背景技术

气候变化和能源短缺等问题迫使人们不断地开发可再生能源，走上可持续发展道路和能源再生道路，为此投入了大量的物力和人力，其中风能、太阳能、潮汐能、地热能等能源正在逐渐代替传统的化石能源，但这些能源存在很大程度上的不稳定，受环境影响较大，因此开发出环保节能的储能装置和设备具有重要的研究价值和实际意义。

超级电容器是一种介于传统电容器和电池之间的一种新型的电化学的储能装置，具有很高的能量密度，达到了法拉级的大容量，具有功率密度高、存储电荷能力强的特点，同时是一种绿色环保的循环寿命很长的储能装置，超级电容器的工作原理分为两种，分别为法拉第赝电容和双电层储能，其中电极材料是超级电容器中研究的重点，常用的电极材料主要包括碳材料、导电聚合物和金属氧化物，碳材料由于价格低廉、耐酸碱性能好，引起了广泛的关注，而木质素、纤维素等可再生的绿色原料，含量多，作为多孔碳材料的原料，原料很丰富，金属氧化物Co₃O₄、WO₃等在电极和电解液表面能够产生法拉第准电容，且具有很高的理论比容量，但在充放电过程中容易发生体积膨胀，在碳材料上掺入相应的杂原子，如氮原子、磷原子、硫原子等，均能够有效的对碳材料进行相应的改性，有效的提高电极材料的电化学性能，与多孔碳材料复合后，得到的电极材料既保持了金属氧化物超高比容量的优点又有着多孔碳材料的稳定性和导电性。

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种纳米花状Co₃O₄修饰N,P掺杂多孔碳超级电容器和制备方法，解决了Co₃O₄电极材料的导电性能不高、循环稳定性差的问题。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种纳米花状Co₃O₄修饰N,P掺杂多孔碳超级电容器，所述纳米花状Co₃O₄修饰N,P掺杂多孔碳超级电容器和制备方法如下：

(1)向三口烧瓶中加入氢氧化钠水溶液和木质素，搅拌混合均匀，再加入N-氨乙基哌嗪和甲醛水溶液，发生曼尼希反应，反应结束后，使用去离子水洗涤，离心，干燥，得到哌嗪接枝木质素；

(2)向四口烧瓶中加入乙腈溶剂，再加入三乙胺和哌嗪接枝木质素，搅拌混合均匀，再加入溶解在乙腈中的苯基二氯磷酸酯溶液，搅拌混合均匀，发生取代反应，反应结束后，冷却，过滤，使用去离子水和乙腈洗涤，得到苯基磷酸酯基哌嗪接枝木质素；

(3)向烧杯中加入去离子水溶剂和氢氧化钾，搅拌混合均匀，再加入苯基磷酸酯基哌嗪接枝木质素，进行活化处理，处理结束后，干燥，将得到的样品置于管式炉中，在氮气氛围中碳化，碳化结束后，得到N,P掺杂多孔碳；