CN111584247A - 一种v2o5负载氮-硫双掺杂多孔碳超级电容器电极材料及其制法 - Google Patents

一种v2o5负载氮-硫双掺杂多孔碳超级电容器电极材料及其制法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及超级电容器技术领域，且公开了一种V2O5负载氮‑硫双掺杂多孔碳超级电容器电极材料，包括以下配方原料及组分：V2O5纳米空心微球、双硫腙‑聚苯乙烯多孔微球。该一种V2O5负载氮‑硫双掺杂多孔碳超级电容器电极材料，空心结构和多孔结构的纳米V2O5微球具有很大比表面积和丰富电化学活性位点，氨基化聚苯乙烯多孔微球和双硫腙进行交联反应，将丰富的氮和硫元素引入苯乙烯多孔微球的分子链中，得到V2O5负载氮‑硫双掺杂多孔碳活性电极材料，孔隙结构丰富，比表面积巨大，与电解液具有良好的润湿性，充分暴露出大量的电化学活性位点，使V2O5负载氮‑硫双掺杂多孔碳超级电容器电极材料表现出优异的导电性和实际比电容。

Description

一种V2O5负载氮-硫双掺杂多孔碳超级电容器电极材料及其 制法
技术领域
本发明涉及超级电容器技术领域，具体为一种V2O5负载氮-硫双掺杂多孔碳超级电容器电极材料及其制法。
背景技术
超级电容器是一种介于传统电容器和蓄电池之间的新型储能装置，可以分为双电层电容器和法拉第准电容器，同时具有快速充放电特性和储能特性，具有功率密度大，电容量高，使用寿命长等优点，超级电容器可以很好地替代传统的化学电池，并且在太阳能能源系统、风力发电系统和新能源汽车等方面具有广泛的应用前景，而超级电容器的电极活性材料是决定超级电容器电化学性能的关键因素。
目前的超级电容器电极材料主要有碳材料类电极材料，如纳米碳纤维、石墨烯、碳纳米管等，其比表面积和孔结构对碳电极材料的内电阻和比容量有很多的影响；过渡金属氧化物电极材料，如RuO2、MnO2、Co3O4等，其中V2O5具有理论比电容高、廉价易得等优点，是一种非常具有发展前景的超级电容器活性电极材料，但是V2O5导电性能很差，不利于电子在电极材料中的传输和扩散，并且V2O5的比表面积不高，导致电化学活性位点不足，降低了V2O5电极材料的实际比电容。
(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V2O5负载氮-硫双掺杂多孔碳超级电容器电极材料及其制法，解决了V2O5电极材料导电性能较差和电化学活性位点不足的问题。
(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V2O5负载氮-硫双掺杂多孔碳超级电容器电极材料，包括以下原料及组分：V2O5纳米空心微球、双硫腙-聚苯乙烯多孔微球，两者质量比为6-15:1。
优选的，所述V2O5负载氮-硫双掺杂多孔碳超级电容器电极材料制备方法包括以下步骤：
(1)向反应瓶中加入蒸馏水溶剂、葡萄糖和偏钒酸铵，搅拌溶解后将溶液倒入水热反应釜中，置于烘箱中加热至160-200℃，将溶液冷却至室温，过滤溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体产物，干燥后将固体产物置于马弗炉中，升温速率为2-5℃/min，升温至380-420℃，保温煅烧3-5h，制备得到V2O5纳米空心微球。
(2)向反应瓶中加入蒸馏水溶剂、分散剂聚乙烯醇、苯乙烯和二乙烯基苯，置于油浴锅中加热至80-90℃，在氮气氛围下缓慢滴加引发剂过氧化二苯甲酰，匀速搅拌反应3-10h，将溶液离心分离除去溶剂，使用乙醇洗涤固体产物并干燥，制备得到聚苯乙烯-聚二乙烯苯多孔微球。
(3)向反应瓶中加入蒸馏水和聚苯乙烯-聚二乙烯苯多孔微球，控制溶液质量分数为8-15％，超声分散均匀后加入体积比为1.4-1.8:1的浓硫酸和浓硝酸，加热至50-60℃，匀速搅拌反应1-4h，将溶液过滤溶剂，使用蒸馏水洗涤固体产物直至中性，制备得到硝基化聚苯乙烯多孔微球。
(4)向反应瓶中加入质量分数为6-10％的氢氧化钾溶液，加入硝基化聚苯乙烯多孔微球和还原剂连二亚硫酸钠，加热至70-80℃，匀速搅拌反应10-15h，将溶液过滤溶剂，使用蒸馏水洗涤固体产物直至中性，制备得到氨基化聚苯乙烯多孔微球。
(5)向反应瓶中加入pH为9-10的氨水溶液，加入氨基化聚苯乙烯多孔微球、甲醛的水溶液和双硫腙，在25-35℃下匀速搅拌反应2-5h，将溶液过滤溶剂，使用蒸馏水洗涤固体产物，制备得到双硫腙-聚苯乙烯多孔微球。
(6)向行星球磨机中加入乙醇溶剂、V2O5纳米空心微球和双硫腙-聚苯乙烯多孔微球，公转转速为400-600rpm，自转转速为200-300rpm，进行球磨10-20h，固体混合产物充分干燥后置于气氛炉中，升温速率为1-5℃/min，在氮气氛围下保温煅烧2-4h，制备得到V2O5负载氮-硫双掺杂多孔碳超级电容器电极材料。
优选的，所述葡萄糖和偏钒酸铵的质量比为10-20:1。
优选的，所述聚乙烯醇、苯乙烯、二乙烯基苯和过氧化二苯甲酰的质量比为0.8-1.5:10:1-2.5:0.12-0.18。
优选的，所述硝基化聚苯乙烯多孔微球和连二亚硫酸钠的质量比为1:3-6。
优选的，所述氨基化聚苯乙烯多孔微球、甲醛和双硫腙的质量比为1:0.05-1:0.5-0.8。
(三)有益的技术效果
与现有技术相比，本发明具备以下有益的技术效果：
该一种V2O5负载氮-硫双掺杂多孔碳超级电容器电极材料，以葡萄糖作为模板和还原剂，制备得到具有空心结构和多孔结构的纳米V2O5微球，具有比表面积大和电化学活性位点丰富的特点，再以甲醛作为交联剂，氨基化聚苯乙烯多孔微球和双硫腙进行交联反应，将丰富的氮和硫元素引入苯乙烯多孔微球的分子链中，再与V2O5纳米空心微球复合，通过高温热裂解制备得到V2O5负载氮-硫双掺杂多孔碳，作为超级电容器的活性电极材料，V2O5纳米空心微球均匀分散在多孔碳的基体中，多孔碳的孔隙结构丰富，比表面积巨大，与电解液具有良好的润湿性，从而充分暴露出大量的电化学活性位点，并且氮和硫均匀分布在多孔碳中，形成氮-硫双掺杂多孔碳，氮的电负性比碳大，氮掺杂有利于提高多孔碳材料的导电性能，硫掺杂在多孔碳中形成大量的含硫基团的砜基团，在氧化还原反应过程中发生法拉第反应，可以为多孔碳材料提供良好的赝电容效应，在协同作用下使V2O5负载氮-硫双掺杂多孔碳超级电容器电极材料表现出优异的导电性和实际比电容。
具体实施方式
为实现上述目的，本发明提供如下具体实施方式和实施例：一种V2O5负载氮-硫双掺杂多孔碳超级电容器电极材料，包括以下原料及组分：V2O5纳米空心微球、双硫腙-聚苯乙烯多孔微球，两者质量比为6-15:1。
V2O5负载氮-硫双掺杂多孔碳超级电容器电极材料制备方法包括以下步骤：
(1)向反应瓶中加入蒸馏水溶剂，葡萄糖和偏钒酸铵，两者质量比为10-20:1，搅拌溶解后将溶液倒入水热反应釜中，置于烘箱中加热至160-200℃，将溶液冷却至室温，过滤溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体产物，干燥后将固体产物置于马弗炉中，升温速率为2-5℃/min，升温至380-420℃，保温煅烧3-5h，制备得到V2O5纳米空心微球。
(2)向反应瓶中加入蒸馏水溶剂、分散剂聚乙烯醇、苯乙烯和二乙烯基苯，置于油浴锅中加热至80-90℃，在氮气氛围下缓慢滴加引发剂过氧化二苯甲酰，四者质量比为0.8-1.5:10:1-2.5:0.12-0.18，匀速搅拌反应3-10h，将溶液离心分离除去溶剂，使用乙醇洗涤固体产物并干燥，制备得到聚苯乙烯-聚二乙烯苯多孔微球。
(3)向反应瓶中加入蒸馏水和聚苯乙烯-聚二乙烯苯多孔微球，控制溶液质量分数为8-15％，超声分散均匀后加入体积比为1.4-1.8:1的浓硫酸和浓硝酸，加热至50-60℃，匀速搅拌反应1-4h，将溶液过滤溶剂，使用蒸馏水洗涤固体产物直至中性，制备得到硝基化聚苯乙烯多孔微球。
(4)向反应瓶中加入质量分数为6-10％的氢氧化钾溶液，加入硝基化聚苯乙烯多孔微球和还原剂连二亚硫酸钠，两者质量比为1:3-6，加热至70-80℃，匀速搅拌反应10-15h，将溶液过滤溶剂，使用蒸馏水洗涤固体产物直至中性，制备得到氨基化聚苯乙烯多孔微球。
(5)向反应瓶中加入pH为9-10的氨水溶液，加入氨基化聚苯乙烯多孔微球、甲醛的水溶液和双硫腙，三者质量比为1:0.05-1:0.5-0.8，在25-35℃下匀速搅拌反应2-5h，将溶液过滤溶剂，使用蒸馏水洗涤固体产物，制备得到双硫腙-聚苯乙烯多孔微球。
(6)向行星球磨机中加入乙醇溶剂、V2O5纳米空心微球和双硫腙-聚苯乙烯多孔微球，公转转速为400-600rpm，自转转速为200-300rpm，进行球磨10-20h，固体混合产物充分干燥后置于气氛炉中，升温速率为1-5℃/min，在氮气氛围下保温煅烧2-4h，制备得到V2O5负载氮-硫双掺杂多孔碳超级电容器电极材料。
实施例1
(1)制备V2O5纳米空心微球组分1：向反应瓶中加入蒸馏水溶剂，葡萄糖和偏钒酸铵，两者质量比为10:1，搅拌溶解后将溶液倒入水热反应釜中，置于烘箱中加热至160℃，将溶液冷却至室温，过滤溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体产物，干燥后将固体产物置于马弗炉中，升温速率为2℃/min，升温至380℃，保温煅烧3h，制备得到V2O5纳米空心微球组分1。
(2)制备聚苯乙烯-聚二乙烯苯多孔微球组分1：向反应瓶中加入蒸馏水溶剂、分散剂聚乙烯醇、苯乙烯和二乙烯基苯，置于油浴锅中加热至80℃，在氮气氛围下缓慢滴加引发剂过氧化二苯甲酰，四者质量比为0.8:10:1:0.12，匀速搅拌反应3h，将溶液离心分离除去溶剂，使用乙醇洗涤固体产物并干燥，制备得到聚苯乙烯-聚二乙烯苯多孔微球组分1。
(3)制备硝基化聚苯乙烯多孔微球组分1：向反应瓶中加入蒸馏水和聚苯乙烯-聚二乙烯苯多孔微球组分1，控制溶液质量分数为8％，超声分散均匀后加入体积比为1.4:1的浓硫酸和浓硝酸，加热至50℃，匀速搅拌反应1h，将溶液过滤溶剂，使用蒸馏水洗涤固体产物直至中性，制备得到硝基化聚苯乙烯多孔微球组分1。
(4)制备氨基化聚苯乙烯多孔微球组分1：向反应瓶中加入质量分数为6％的氢氧化钾溶液，加入硝基化聚苯乙烯多孔微球组分1和还原剂连二亚硫酸钠，两者质量比为1:3，加热至70℃，匀速搅拌反应10h，将溶液过滤溶剂，使用蒸馏水洗涤固体产物直至中性，制备得到氨基化聚苯乙烯多孔微球组分1。
(5)制备双硫腙-聚苯乙烯多孔微球组分1：向反应瓶中加入pH为9的氨水溶液，加入氨基化聚苯乙烯多孔微球组分1、甲醛的水溶液和双硫腙，三者质量比为1:0.05:0.5，在25℃下匀速搅拌反应2h，将溶液过滤溶剂，使用蒸馏水洗涤固体产物，制备得到双硫腙-聚苯乙烯多孔微球组分1。
(6)制备V2O5负载氮-硫双掺杂多孔碳超级电容器电极材料1：向行星球磨机中加入乙醇溶剂、V2O5纳米空心微球组分1和双硫腙-聚苯乙烯多孔微球组分1，公转转速为400rpm，自转转速为200rpm，进行球磨10h，固体混合产物充分干燥后置于气氛炉中，升温速率为1℃/min，在氮气氛围下保温煅烧2h，制备得到V2O5负载氮-硫双掺杂多孔碳超级电容器电极材料1。
实施例2
(1)制备V2O5纳米空心微球组分2：向反应瓶中加入蒸馏水溶剂，葡萄糖和偏钒酸铵，两者质量比为10:1，搅拌溶解后将溶液倒入水热反应釜中，置于烘箱中加热至200℃，将溶液冷却至室温，过滤溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体产物，干燥后将固体产物置于马弗炉中，升温速率为3℃/min，升温至380℃，保温煅烧4h，制备得到V2O5纳米空心微球组分2。
(2)制备聚苯乙烯-聚二乙烯苯多孔微球组分2：向反应瓶中加入蒸馏水溶剂、分散剂聚乙烯醇、苯乙烯和二乙烯基苯，置于油浴锅中加热至90℃，在氮气氛围下缓慢滴加引发剂过氧化二苯甲酰，四者质量比为1:10:1.4:0.13，匀速搅拌反应5h，将溶液离心分离除去溶剂，使用乙醇洗涤固体产物并干燥，制备得到聚苯乙烯-聚二乙烯苯多孔微球组分2。
(3)制备硝基化聚苯乙烯多孔微球组分2：向反应瓶中加入蒸馏水和聚苯乙烯-聚二乙烯苯多孔微球组分2，控制溶液质量分数为10％，超声分散均匀后加入体积比为1.5:1的浓硫酸和浓硝酸，加热至60℃，匀速搅拌反应4h，将溶液过滤溶剂，使用蒸馏水洗涤固体产物直至中性，制备得到硝基化聚苯乙烯多孔微球组分2。
(4)制备氨基化聚苯乙烯多孔微球组分2：向反应瓶中加入质量分数为10％的氢氧化钾溶液，加入硝基化聚苯乙烯多孔微球组分2和还原剂连二亚硫酸钠，两者质量比为1:4，加热至80℃，匀速搅拌反应15h，将溶液过滤溶剂，使用蒸馏水洗涤固体产物直至中性，制备得到氨基化聚苯乙烯多孔微球组分2。
(5)制备双硫腙-聚苯乙烯多孔微球组分2：向反应瓶中加入pH为9的氨水溶液，加入氨基化聚苯乙烯多孔微球组分2、甲醛的水溶液和双硫腙，三者质量比为1:0.06:0.6，在35℃下匀速搅拌反应5h，将溶液过滤溶剂，使用蒸馏水洗涤固体产物，制备得到双硫腙-聚苯乙烯多孔微球组分2。
(6)制备V2O5负载氮-硫双掺杂多孔碳超级电容器电极材料2：向行星球磨机中加入乙醇溶剂、V2O5纳米空心微球组分2和双硫腙-聚苯乙烯多孔微球组分2，公转转速为600rpm，自转转速为300rpm，进行球磨20h，固体混合产物充分干燥后置于气氛炉中，升温速率为35℃/min，在氮气氛围下保温煅烧4h，制备得到V2O5负载氮-硫双掺杂多孔碳超级电容器电极材料2。
实施例3
(1)制备V2O5纳米空心微球组分3：向反应瓶中加入蒸馏水溶剂，葡萄糖和偏钒酸铵，两者质量比为15:1，搅拌溶解后将溶液倒入水热反应釜中，置于烘箱中加热至180℃，将溶液冷却至室温，过滤溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体产物，干燥后将固体产物置于马弗炉中，升温速率为3℃/min，升温至400℃，保温煅烧4h，制备得到V2O5纳米空心微球组分3。
(2)制备聚苯乙烯-聚二乙烯苯多孔微球组分3：向反应瓶中加入蒸馏水溶剂、分散剂聚乙烯醇、苯乙烯和二乙烯基苯，置于油浴锅中加热至85℃，在氮气氛围下缓慢滴加引发剂过氧化二苯甲酰，四者质量比为1.2:10:2:0.14，匀速搅拌反应6h，将溶液离心分离除去溶剂，使用乙醇洗涤固体产物并干燥，制备得到聚苯乙烯-聚二乙烯苯多孔微球组分3。
(3)制备硝基化聚苯乙烯多孔微球组分3：向反应瓶中加入蒸馏水和聚苯乙烯-聚二乙烯苯多孔微球组分3，控制溶液质量分数为10％，超声分散均匀后加入体积比为1.6:1的浓硫酸和浓硝酸，加热至55℃，匀速搅拌反应2h，将溶液过滤溶剂，使用蒸馏水洗涤固体产物直至中性，制备得到硝基化聚苯乙烯多孔微球组分3。
(4)制备氨基化聚苯乙烯多孔微球组分3：向反应瓶中加入质量分数为8％的氢氧化钾溶液，加入硝基化聚苯乙烯多孔微球组分3和还原剂连二亚硫酸钠，两者质量比为1:5，加热至75℃，匀速搅拌反应12h，将溶液过滤溶剂，使用蒸馏水洗涤固体产物直至中性，制备得到氨基化聚苯乙烯多孔微球组分3。
(5)制备双硫腙-聚苯乙烯多孔微球组分3：向反应瓶中加入pH为9-10的氨水溶液，加入氨基化聚苯乙烯多孔微球组分3、甲醛的水溶液和双硫腙，三者质量比为1:0.08:0.65，在30℃下匀速搅拌反应4h，将溶液过滤溶剂，使用蒸馏水洗涤固体产物，制备得到双硫腙-聚苯乙烯多孔微球组分3。
(6)制备V2O5负载氮-硫双掺杂多孔碳超级电容器电极材料3：向行星球磨机中加入乙醇溶剂、V2O5纳米空心微球组分3和双硫腙-聚苯乙烯多孔微球组分3，公转转速为500rpm，自转转速为250rpm，进行球磨15h，固体混合产物充分干燥后置于气氛炉中，升温速率为2℃/min，在氮气氛围下保温煅烧3h，制备得到V2O5负载氮-硫双掺杂多孔碳超级电容器电极材料3。
实施例4
(1)制备V2O5纳米空心微球组分4：向反应瓶中加入蒸馏水溶剂，葡萄糖和偏钒酸铵，两者质量比为15:1，搅拌溶解后将溶液倒入水热反应釜中，置于烘箱中加热至160℃，将溶液冷却至室温，过滤溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体产物，干燥后将固体产物置于马弗炉中，升温速率为5℃/min，升温至420℃，保温煅烧4h，制备得到V2O5纳米空心微球组分4。
(2)制备聚苯乙烯-聚二乙烯苯多孔微球组分4：向反应瓶中加入蒸馏水溶剂、分散剂聚乙烯醇、苯乙烯和二乙烯基苯，置于油浴锅中加热至90℃，在氮气氛围下缓慢滴加引发剂过氧化二苯甲酰，四者质量比为1.4:10:2:0.17，匀速搅拌反应10h，将溶液离心分离除去溶剂，使用乙醇洗涤固体产物并干燥，制备得到聚苯乙烯-聚二乙烯苯多孔微球组分4。
(3)制备硝基化聚苯乙烯多孔微球组分4：向反应瓶中加入蒸馏水和聚苯乙烯-聚二乙烯苯多孔微球组分4，控制溶液质量分数为15％，超声分散均匀后加入体积比为1.7:1的浓硫酸和浓硝酸，加热至60℃，匀速搅拌反应4h，将溶液过滤溶剂，使用蒸馏水洗涤固体产物直至中性，制备得到硝基化聚苯乙烯多孔微球组分4。
(4)制备氨基化聚苯乙烯多孔微球组分4：向反应瓶中加入质量分数为10％的氢氧化钾溶液，加入硝基化聚苯乙烯多孔微球组分4和还原剂连二亚硫酸钠，两者质量比为1:5，加热至75℃，匀速搅拌反应12h，将溶液过滤溶剂，使用蒸馏水洗涤固体产物直至中性，制备得到氨基化聚苯乙烯多孔微球组分4。
(5)制备双硫腙-聚苯乙烯多孔微球组分4：向反应瓶中加入pH为10的氨水溶液，加入氨基化聚苯乙烯多孔微球组分4、甲醛的水溶液和双硫腙，三者质量比为1:0.08:0.7，在35℃下匀速搅拌反应5h，将溶液过滤溶剂，使用蒸馏水洗涤固体产物，制备得到双硫腙-聚苯乙烯多孔微球组分4。
(6)制备V2O5负载氮-硫双掺杂多孔碳超级电容器电极材料4：向行星球磨机中加入乙醇溶剂、V2O5纳米空心微球组分4和双硫腙-聚苯乙烯多孔微球组分4，公转转速为440rpm，自转转速为220rpm，进行球磨20h，固体混合产物充分干燥后置于气氛炉中，升温速率为5℃/min，在氮气氛围下保温煅烧3h，制备得到V2O5负载氮-硫双掺杂多孔碳超级电容器电极材料4。
实施例5
(1)制备V2O5纳米空心微球组分5：向反应瓶中加入蒸馏水溶剂，葡萄糖和偏钒酸铵，两者质量比为20:1，搅拌溶解后将溶液倒入水热反应釜中，置于烘箱中加热至200℃，将溶液冷却至室温，过滤溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体产物，干燥后将固体产物置于马弗炉中，升温速率为5℃/min，升温至420℃，保温煅烧5h，制备得到V2O5纳米空心微球组分5。
(2)制备聚苯乙烯-聚二乙烯苯多孔微球组分5：向反应瓶中加入蒸馏水溶剂、分散剂聚乙烯醇、苯乙烯和二乙烯基苯，置于油浴锅中加热至90℃，在氮气氛围下缓慢滴加引发剂过氧化二苯甲酰，四者质量比为1.5:10:2.5:0.18，匀速搅拌反应10h，将溶液离心分离除去溶剂，使用乙醇洗涤固体产物并干燥，制备得到聚苯乙烯-聚二乙烯苯多孔微球组分5。
(3)制备硝基化聚苯乙烯多孔微球组分5：向反应瓶中加入蒸馏水和聚苯乙烯-聚二乙烯苯多孔微球组分5，控制溶液质量分数为15％，超声分散均匀后加入体积比为1.8:1的浓硫酸和浓硝酸，加热至60℃，匀速搅拌反应4h，将溶液过滤溶剂，使用蒸馏水洗涤固体产物直至中性，制备得到硝基化聚苯乙烯多孔微球组分5。
(4)制备氨基化聚苯乙烯多孔微球组分5：向反应瓶中加入质量分数为10％的氢氧化钾溶液，加入硝基化聚苯乙烯多孔微球组分5和还原剂连二亚硫酸钠，两者质量比为1:6，加热至80℃，匀速搅拌反应15h，将溶液过滤溶剂，使用蒸馏水洗涤固体产物直至中性，制备得到氨基化聚苯乙烯多孔微球组分5。
(5)制备双硫腙-聚苯乙烯多孔微球组分5：向反应瓶中加入pH为10的氨水溶液，加入氨基化聚苯乙烯多孔微球组分5、甲醛的水溶液和双硫腙，三者质量比为1:1:0.8，在35℃下匀速搅拌反应5h，将溶液过滤溶剂，使用蒸馏水洗涤固体产物，制备得到双硫腙-聚苯乙烯多孔微球组分5。
(6)制备V2O5负载氮-硫双掺杂多孔碳超级电容器电极材料5：向行星球磨机中加入乙醇溶剂、V2O5纳米空心微球组分5和双硫腙-聚苯乙烯多孔微球组分5，公转转速为600rpm，自转转速为300rpm，进行球磨20h，固体混合产物充分干燥后置于气氛炉中，升温速率为5℃/min，在氮气氛围下保温煅烧4h，制备得到V2O5负载氮-硫双掺杂多孔碳超级电容器电极材料5。
分别将V2O5负载氮-硫双掺杂多孔碳超级电容器电极材料1-5置于N-甲基吡咯烷酮溶剂中，各加入粘接剂聚四氟乙烯和导电剂乙炔黑，搅拌均匀后将物料均匀涂敷在泡沫镍上，进行干燥和压片过程，分别制备得到超级电容器工作电极1-5，在CHI660D电化学工作站中进行电化学性能。
工作电极1-5的电化学性能测试
Figure BDA0002500724180000111
综上所述，该一种V2O5负载氮-硫双掺杂多孔碳超级电容器电极材料，以葡萄糖作为模板和还原剂，制备得到具有空心结构和多孔结构的纳米V2O5微球，具有比表面积大和电化学活性位点丰富的特点，再以甲醛作为交联剂，氨基化聚苯乙烯多孔微球和双硫腙进行交联反应，将丰富的氮和硫元素引入苯乙烯多孔微球的分子链中，再与V2O5纳米空心微球复合，通过高温热裂解制备得到V2O5负载氮-硫双掺杂多孔碳，作为超级电容器的活性电极材料，V2O5纳米空心微球均匀分散在多孔碳的基体中，多孔碳的孔隙结构丰富，比表面积巨大，与电解液具有良好的润湿性，从而充分暴露出大量的电化学活性位点，并且氮和硫均匀分布在多孔碳中，形成氮-硫双掺杂多孔碳，氮的电负性比碳大，氮掺杂有利于提高多孔碳材料的导电性能，硫掺杂在多孔碳中形成大量的含硫基团的砜基团，在氧化还原反应过程中发生法拉第反应，可以为多孔碳材料提供良好的赝电容效应，在协同作用下使V2O5负载氮-硫双掺杂多孔碳超级电容器电极材料表现出优异的导电性和实际比电容。

Claims (6)

1.一种V2O5负载氮-硫双掺杂多孔碳超级电容器电极材料，包括以下原料及组分，其特征在于：V2O5纳米空心微球、双硫腙-聚苯乙烯多孔微球，两者质量比为6-15:1。
2.根据权利要求1所述的一种V2O5负载氮-硫双掺杂多孔碳超级电容器电极材料，其特征在于：所述V2O5负载氮-硫双掺杂多孔碳超级电容器电极材料制备方法包括以下步骤：
(1)向水热反应釜中加入中，加热至160-200℃，过滤、洗涤并干燥，将固体产物置于马弗炉中，升温速率为2-5℃/min，升温至380-420℃，保温煅烧3-5h，制备得到V2O5纳米空心微球；
(2)向蒸馏水溶剂中加入分散剂聚乙烯醇、苯乙烯和二乙烯基苯，加热至80-90℃，在氮气氛围下滴加引发剂过氧化二苯甲酰，反应3-10h，除去溶剂、洗涤并干燥，制备得到聚苯乙烯-聚二乙烯苯多孔微球；
(3)向蒸馏水中加入和聚苯乙烯-聚二乙烯苯多孔微球，控制溶液质量分数为8-15％，超声分散均匀后加入体积比为1.4-1.8:1的浓硫酸和浓硝酸，加热至50-60℃，反应1-4h，过滤并洗涤，制备得到硝基化聚苯乙烯多孔微球；
(4)向质量分数为6-10％的氢氧化钾溶液中加入硝基化聚苯乙烯多孔微球和还原剂连二亚硫酸钠，加热至70-80℃，反应10-15h，过滤并洗涤，制备得到氨基化聚苯乙烯多孔微球；
(5)向pH为9-10的氨水溶液中加入氨基化聚苯乙烯多孔微球、甲醛的水溶液和双硫腙，在25-35℃下反应2-5h，过滤并洗涤，制备得到双硫腙-聚苯乙烯多孔微球；
(6)向行星球磨机中加入乙醇溶剂、V2O5纳米空心微球和双硫腙-聚苯乙烯多孔微球，公转转速为400-600rpm，自转转速为200-300rpm，进行球磨10-20h，固体混合产物充分干燥后置于气氛炉中，升温速率为1-5℃/min，在氮气氛围下保温煅烧2-4h，制备得到V2O5负载氮-硫双掺杂多孔碳超级电容器电极材料。
3.根据权利要求2所述的一种V2O5负载氮-硫双掺杂多孔碳超级电容器电极材料，其特征在于：所述葡萄糖和偏钒酸铵的质量比为10-20:1。
4.根据权利要求2所述的一种V2O5负载氮-硫双掺杂多孔碳超级电容器电极材料，其特征在于：所述聚乙烯醇、苯乙烯、二乙烯基苯和过氧化二苯甲酰的质量比为0.8-1.5:10:1-2.5:0.12-0.18。
5.根据权利要求2所述的一种V2O5负载氮-硫双掺杂多孔碳超级电容器电极材料，其特征在于：所述硝基化聚苯乙烯多孔微球和连二亚硫酸钠的质量比为1:3-6。
6.根据权利要求2所述的一种V2O5负载氮-硫双掺杂多孔碳超级电容器电极材料，其特征在于：所述氨基化聚苯乙烯多孔微球、甲醛和双硫腙的质量比为1:0.05-1:0.5-0.8。
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