CN111799099A - 一种以金针菇为碳基负载的复合电极材料及其制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种以金针菇为碳基负载的复合电极材料及其制备方法与应用，其特征在于，以金针菇作为碳基；然后以六水合硝酸钴作为钴源，经过碳化和水热反应过程，以金针菇为生物模板制备了多孔碳微管，然后以其为载体，将钴负载在其上面，最后将所得到的混合物经过一步退火活化，从而获得本发明的一种以金针菇为碳基负载的合电极材料。本发明的制备方法简单，材料易获得，形貌均匀、孔径较大，结合了生物质材料的优势，且引入了杂原子的赝电容反应，使它作为超级电容器的电极材料时具有更好的性能，适用于储能、转化、催化剂和其它相关应用领域。

Description

一种以金针菇为碳基负载的复合电极材料及其制备方法与 应用
技术领域
本发明涉及超级电容器领域和纳米材料合成领域，尤其涉及一种以金 针菇为碳基负载的复合电极材料及其制备方法与应用。
背景技术
过渡金属氧化物(TMOs)及其复合材料由于具有高理论比电容被认为是 理想的赝电容电极材料。因为它们可以形成具有大的表面积纳米结构和丰 富的氧化态，能实现有效的界面氧化还原过程的电荷转移。近年来，通过 复制棉花、高粱秆和木材等天然物种的精细微纳结构，研究者们报道了几 种具有特殊形貌的Co3O4基电极材料。其中大部分为致密/块状，缺乏有效的 电荷输送通道且易自聚，从而限制了它们潜在高性能的大规模实际应用。 因此，迫切需要设计一些具有特殊结构且性能优良的纳米复合电极材料来 应对这些挑战。
金针菇属真菌门、担子菌亚门、层菌纲、伞菌目、口蘑科、金钱菌属。 金针菇在我国分布广泛，栽培历史十分悠久。金针菇富含蛋白质，还含有 VB1、VB2、VC等多种维生素,且富含钙、磷、铁等多种矿物质，清洁干燥后其 微观形貌呈多孔状。金针菇菌盖滑嫩、菌柄细长脆嫩，形美,味鲜,是世界 上著名的食药两用菌和观赏菌,具有较高的营养价值和药用价值,有广阔的 开发前景。天然金针菇纤维具有光滑、柔软和机械性能优良的特点。利用 金针菇纤维特有高比表面积和大孔体积等结构特点，将其作为电池电极的 低成本生物质碳将有利于开发出机具潜力的复合电极材料。
发明内容
为避免上述现有技术所存在的问题，本发明提供了一种以金针菇为碳 基的复合电极材料及其制备方法与应用，所要解决的技术问题在于通过将 生物质前体与其他含杂原子的前体混合处理，得到具有特殊结构且性能优 良的纳米复合电极材料，以使其作为超级电容器的电极材料时具有更好的 性能。
本发明为实现发明目的，采用如下技术方案：
以金针菇作为碳基，以六水氧化钴作为钴源，经过碳化和水热反应过 程，以金针菇为生物模板制备了多孔碳微管，然后以其为载体，将钴负载 在其上面，最后将所得到的混合物经过一步退火活化，从而获得一种以金 针菇为碳基负载的复合电极材料。
具体包括如下步骤：
S1获取金针菇，再用剪刀将其剪断为1～1.5cm小段，再将剪断后的金 针菇在真空环境下碳化，得到多孔碳材料；
S2将经过S1处理获得的多孔碳材料静置冷却后，将制备好的多孔碳材 料浸入Co(NO3)2·6H2O溶液中，相互浸润；
S3将经过S2处理获得的混合溶液转移到高压反应釜中，进行溶剂热反 应后，进行冷却；
S4将经过S3处理获得的产物取出，放于滤纸上后并放入烘箱中烘干， 从而获得一种以金针菇为碳基的复合电极材料。
在步骤S1中所述碳化温度为300～500℃，碳化时间为30～90min。
在步骤S2中所述Co(NO3)2·6H2O溶液的浓度为0.10～0.20mol/L。
在步骤S2中所述多孔碳材料与Co(NO3)2·6H2O溶液的质量比为1:10～ 20。
在步骤S3中所述冷却为急剧冷却。
在步骤S4中所述的烘箱水热温度为120～200℃，水热时间为10～20h。
一种以金针菇为碳基负载的复合电极材料的制备方法获得的一种以金 针菇为碳基负载的复合电极材料。
一种以金针菇为碳基负载的复合电极材料作为电极材料在超级电容器 领域中的应用。
本发明具有以下优点：
1、本发明的合成方法简单，所得产物形貌均匀、比表面积大，结合了 生物质材料的优势，且引入了杂原子的赝电容反应，使它作为超级电容器 的电极材料时具有更好的性能。
2、本发明所制备的复合材料具有良好电化学性能和电化学稳定性。作 为基体材料的生物衍生碳提高了电极材料的电子导电性，可增加电子的迁 移速度，较大的比表面积提高了活性物质的分散性，为法拉第反应提供更 多的活跃的表界面。
具体实施方式
实施例1
S1获取金针菇，再用剪刀将其剪断为1～1.5cm小段，再将剪断 后的金针菇在真空环境下碳化，得到多孔碳材料。
在步骤S1中碳化温度为300℃，碳化时间为90min。
S2将经过S1处理获得的多孔碳材料静置冷却后，将制备好的多 孔碳材料浸入Co(NO3)2·6H2O溶液中，相互浸润。
在步骤S2中Co(NO3)2·6H2O溶液的浓度为0.10mol/L；多孔碳材 料与Co(NO3)2·6H2O溶液的质量比为1:10。
S3将经过S2处理获得的混合溶液转移到高压反应釜中，进行溶 剂热反应后，进行冷却。
在步骤S3中冷却为急剧冷却。
S4将经过S3处理获得的产物取出，放于滤纸上后并放入烘箱中 烘干，从而获得一种以金针菇为碳基的复合电极材料。
在步骤S4中烘箱水热温度为200℃，水热时间为10h。
一种以金针菇为碳基负载的复合电极材料的制备方法获得的一 种以金针菇为碳基负载的复合电极材料。
一种以金针菇为碳基负载的复合电极材料作为电极材料在超级 电容器领域中的应用。
实施例2
S1获取金针菇，再用剪刀将其剪断为1～1.5cm小段，再将剪断 后的金针菇在真空环境下碳化，得到多孔碳材料。
在步骤S1中碳化温度为500℃，碳化时间为30min。
S2将经过S1处理获得的多孔碳材料静置冷却后，将制备好的多 孔碳材料浸入Co(NO3)2·6H2O溶液中，相互浸润。
在步骤S2中Co(NO3)2·6H2O溶液的浓度为0.20mol/L，多孔碳材 料与Co(NO3)2·6H2O溶液的质量比为1:20。
S3将经过S2处理获得的混合溶液转移到高压反应釜中，进行溶 剂热反应后，进行冷却。
在步骤S3中冷却为急剧冷却。
S4将经过S3处理获得的产物取出，放于滤纸上后并放入烘箱中 烘干，从而获得一种以金针菇为碳基的复合电极材料。
在步骤S4中的烘箱水热温度为200℃，水热时间为10h。
一种以金针菇为碳基负载的复合电极材料的制备方法获得的一 种以金针菇为碳基负载的复合电极材料。
一种以金针菇为碳基负载的复合电极材料作为电极材料在超级 电容器领域中的应用。
实施例3
S1获取金针菇，再用剪刀将其剪断为1～1.5cm小段，再将剪断 后的金针菇在真空环境下碳化，得到多孔碳材料。
在步骤S1中碳化温度为400℃，碳化时间为50min。
S2将经过S1处理获得的多孔碳材料静置冷却后，将制备好的多 孔碳材料浸入Co(NO3)2·6H2O溶液中，相互浸润。
在步骤S2中Co(NO3)2·6H2O溶液的浓度为0.15mol/L，多孔碳材 料与Co(NO3)2·6H2O溶液的质量比为1:15。
S3将经过S2处理获得的混合溶液转移到高压反应釜中，进行溶 剂热反应后，进行冷却。
在步骤S3中所述冷却为急剧冷却。
S4将经过S3处理获得的产物取出，放于滤纸上后并放入烘箱中 烘干，从而获得一种以金针菇为碳基的复合电极材料。
在步骤S4中所述的烘箱水热温度为150℃，水热时间为12h。
一种以金针菇为碳基负载的复合电极材料的制备方法获得的一 种以金针菇为碳基负载的复合电极材料。
一种以金针菇为碳基负载的复合电极材料作为电极材料在超级 电容器领域中的应用。
以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施 例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范 围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本 领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (8)

1.一种以金针菇为碳基负载的复合电极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1获取金针菇，再用剪刀将其剪断为1～1.5cm小段，再将剪断后的金针菇在真空环境下碳化，得到多孔碳材料；
S2将经过S1处理获得的多孔碳材料静置冷却后，将制备好的多孔碳材料浸入Co(NO3)2·6H2O溶液中，相互浸润；
S3将经过S2处理获得的混合溶液转移到高压反应釜中，进行溶剂热反应后，进行冷却；
S4将经过S3处理获得的产物取出，放于滤纸上后并放入烘箱中烘干，从而获得一种以金针菇为碳基的复合电极材料。
2.根据权利要求1所述一种以金针菇为碳基负载的复合电极材料的制备方法，其特征在于：在步骤S1中所述碳化温度为300～500℃，碳化时间为30～90min。
3.根据权利要求1所述一种以金针菇为碳基负载的复合电极材料的制备方法，其特征在于：在步骤S2中所述Co(NO3)2·6H2O溶液的浓度为0.10～0.20mol/L。
4.根据权利要求1所述一种以金针菇为碳基负载的复合电极材料的制备方法，其特征在于：在步骤S2中所述多孔碳材料与Co(NO3)2·6H2O溶液的质量比为1:10～20。
5.根据权利要求1所述一种以金针菇为碳基负载的复合电极材料的制备方法，其特征在于：在步骤S3中所述冷却为急剧冷却。
6.根据权利要求1所述一种以金针菇为碳基负载的复合电极材料的制备方法，其特征在于：在步骤S4中所述的烘箱水热温度为120～200℃，水热时间为10～20h。
7.一种根据权利要求1～6任一所述一种以金针菇为碳基负载的复合电极材料的制备方法获得的一种以金针菇为碳基负载的复合电极材料。
8.一种根据权利要求7所述一种以金针菇为碳基负载的复合电极材料的应用，其特征在于：作为电极材料在超级电容器领域中的应用。
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