CN112599363A - 一种SnO2修饰的N、P共掺杂多孔碳的超级电容器材料 - Google Patents
一种SnO2修饰的N、P共掺杂多孔碳的超级电容器材料 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112599363A CN112599363A CN202011485013.4A CN202011485013A CN112599363A CN 112599363 A CN112599363 A CN 112599363A CN 202011485013 A CN202011485013 A CN 202011485013A CN 112599363 A CN112599363 A CN 112599363A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- sno
- porous carbon
- modified
- movably connected
- nanoflower
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 135
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 33
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 33
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 32
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 31
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 30
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M Potassium hydroxide Chemical compound [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 84
- 239000002057 nanoflower Substances 0.000 claims abstract description 41
- KXGFMDJXCMQABM-UHFFFAOYSA-N 2-methoxy-6-methylphenol Chemical compound [CH]OC1=CC=CC([CH])=C1O KXGFMDJXCMQABM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 25
- 229910019142 PO4 Inorganic materials 0.000 claims abstract description 25
- 239000005011 phenolic resin Substances 0.000 claims abstract description 25
- 229920001568 phenolic resin Polymers 0.000 claims abstract description 25
- 239000010452 phosphate Substances 0.000 claims abstract description 25
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K phosphate Chemical compound [O-]P([O-])([O-])=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims abstract description 25
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 19
- 229920000877 Melamine resin Polymers 0.000 claims abstract description 12
- JDSHMPZPIAZGSV-UHFFFAOYSA-N melamine Chemical compound NC1=NC(N)=NC(N)=N1 JDSHMPZPIAZGSV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 44
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 36
- JOXIMZWYDAKGHI-UHFFFAOYSA-N toluene-4-sulfonic acid Chemical compound CC1=CC=C(S(O)(=O)=O)C=C1 JOXIMZWYDAKGHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 34
- GZVHEAJQGPRDLQ-UHFFFAOYSA-N 6-phenyl-1,3,5-triazine-2,4-diamine Chemical compound NC1=NC(N)=NC(C=2C=CC=CC=2)=N1 GZVHEAJQGPRDLQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 25
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N Diethyl ether Chemical compound CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 24
- JFDZBHWFFUWGJE-UHFFFAOYSA-N benzonitrile Chemical compound N#CC1=CC=CC=C1 JFDZBHWFFUWGJE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 claims description 22
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 20
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 20
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 claims description 18
- ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N Phenol Chemical compound OC1=CC=CC=C1 ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- WSFSSNUMVMOOMR-NJFSPNSNSA-N methanone Chemical compound O=[14CH2] WSFSSNUMVMOOMR-NJFSPNSNSA-N 0.000 claims description 17
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 16
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 15
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 15
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 claims description 15
- 150000007974 melamines Chemical class 0.000 claims description 13
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 10
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims description 9
- 229910021627 Tin(IV) chloride Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 claims description 8
- QGBSISYHAICWAH-UHFFFAOYSA-N dicyandiamide Chemical compound NC(N)=NC#N QGBSISYHAICWAH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 8
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 claims description 8
- 239000004570 mortar (masonry) Substances 0.000 claims description 8
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 claims description 8
- HPGGPRDJHPYFRM-UHFFFAOYSA-J tin(iv) chloride Chemical compound Cl[Sn](Cl)(Cl)Cl HPGGPRDJHPYFRM-UHFFFAOYSA-J 0.000 claims description 8
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 4
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 3
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 abstract description 21
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 abstract description 11
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 abstract description 6
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 abstract description 6
- 239000013078 crystal Substances 0.000 abstract description 3
- 230000001351 cycling effect Effects 0.000 abstract description 2
- 238000003487 electrochemical reaction Methods 0.000 abstract description 2
- 239000002243 precursor Substances 0.000 abstract description 2
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 abstract 1
- BWHMMNNQKKPAPP-UHFFFAOYSA-L potassium carbonate Chemical compound [K+].[K+].[O-]C([O-])=O BWHMMNNQKKPAPP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 6
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 4
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 4
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 4
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910000027 potassium carbonate Inorganic materials 0.000 description 3
- CHWRSCGUEQEHOH-UHFFFAOYSA-N potassium oxide Chemical compound [O-2].[K+].[K+] CHWRSCGUEQEHOH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910001950 potassium oxide Inorganic materials 0.000 description 3
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 2
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 2
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 238000001132 ultrasonic dispersion Methods 0.000 description 2
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000006230 acetylene black Substances 0.000 description 1
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 1
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 description 1
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical class [H]* 0.000 description 1
- 239000013067 intermediate product Substances 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 239000012466 permeate Substances 0.000 description 1
- -1 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 1
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 1
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 1
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 1
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001376 precipitating effect Effects 0.000 description 1
- WOCIAKWEIIZHES-UHFFFAOYSA-N ruthenium(IV) oxide Inorganic materials O=[Ru]=O WOCIAKWEIIZHES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 description 1
- 238000007669 thermal treatment Methods 0.000 description 1
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/22—Electrodes
- H01G11/30—Electrodes characterised by their material
- H01G11/32—Carbon-based
- H01G11/34—Carbon-based characterised by carbonisation or activation of carbon
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/22—Electrodes
- H01G11/24—Electrodes characterised by structural features of the materials making up or comprised in the electrodes, e.g. form, surface area or porosity; characterised by the structural features of powders or particles used therefor
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/22—Electrodes
- H01G11/26—Electrodes characterised by their structure, e.g. multi-layered, porosity or surface features
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/22—Electrodes
- H01G11/30—Electrodes characterised by their material
- H01G11/46—Metal oxides
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/84—Processes for the manufacture of hybrid or EDL capacitors, or components thereof
- H01G11/86—Processes for the manufacture of hybrid or EDL capacitors, or components thereof specially adapted for electrodes
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/13—Energy storage using capacitors
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
本发明涉及超级电容器技术领域，且公开了一种SnO2修饰的N、P共掺杂多孔碳的超级电容器材料，前驱体[Sn(Cl)6]2‑水解生成SnO2晶核，得到SnO2纳米花，具有超高的比表面积，三聚氰胺酚醛树脂磷酸盐将SnO2纳米花均匀包覆，再与氢氧化钾混合后进行热处理，得到多孔碳材料，极大地增加了比表面积，同时在高温热处理的过程中，N、P均匀的掺杂入多孔碳材料，改变了多孔碳材料表面与离子的电化学反应过程，增强了多孔碳材料的导电性，SnO2纳米花均匀修饰到多孔碳材料上，促进了电解质离子的快速传递，提高了多孔碳材料的电容性，使得SnO2修饰的N、P共掺杂多孔碳的超级电容器材料具有更加优异的比电容、循环稳定性等电化学性能。
Description
技术领域
本发明涉及超级电容器技术领域，具体为一种SnO2修饰的N、P共掺杂多孔碳的超级电容器材料。
背景技术
超级电容器是一种新型储能装置，具有充电耗时少、功率密度高、使用寿命长等优势，广泛应用于便携仪器、通讯设备、混合动力汽车等领域，而超级电容器的电容量和能量密度又与电极材料密切相关。
多孔碳材料具有比表面积大、孔隙结构丰富、比功率高、使用寿命长、化学稳定性好、成本低廉等优点，但是其能量密度较低、导电性能有待提高，贵金属氧化物RuO2等虽然具有理想的赝电容行为和较强的可逆性，但是贵金属的产量较低，且成本太高，限制了其商业化应用。
SnO2是一种环境友好型的半导体材料，具有相对较高的比容量、较好的功率密度等优点，但是SnO2纳米粒子自身的极性很强、细微化，使得在非极性介质中分散性差，在极性介质中容易团聚，阻碍了电解质离子的嵌入和脱出，电化学利用率低，限制了在超级电容器方面的应用，因此，我们采用SnO2修饰的N、P共掺杂多孔碳的方式来解决上述问题。
(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SnO2修饰的N、P共掺杂多孔碳的超级电容器材料，解决了SnO2分散性差、容易团聚的问题。
(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SnO2修饰的N、P共掺杂多孔碳的超级电容器材料，所述SnO2修饰的N、P共掺杂多孔碳的超级电容器材料制备方法如下：
(1)向反应瓶中加入去离子水、四氯化锡，调节溶液的pH为3-5，超声分散均匀，将所得混合液置于反应釜内放入水热装置中，在210-230℃下水热反应11-13h，冷却，洗涤、离心并干燥，得到SnO2纳米花；
(2)向反应瓶中加入乙醚、氢氧化钾、双氰胺、苯甲腈，进行反应，减压蒸馏并重结晶，得到苯代三聚氰胺；
(3)向反应瓶中加入去离子水、苯代三聚氰胺、甲醛、苯酚、SnO2纳米花，加入磷酸，调节pH为中性，再加入催化剂对甲苯磺酸，在90-100℃下反应12-36h，加入氢氧化钠，调节pH为中性，再将混合液倒入甲醇中，等其完全沉淀后，过滤、洗涤并干燥，得到SnO2纳米花修饰三聚氰胺酚醛树脂磷酸盐；
(4)向研钵中加入SnO2纳米花修饰三聚氰胺酚醛树脂磷酸盐、氢氧化钾，研磨均匀后置于坩埚内放入气氛管式炉中，进行碳化过程，洗涤并干燥，得到SnO2修饰的N、P共掺杂多孔碳的超级电容器材料。
优选的，所述步骤(1)中水热装置包括主体，主体的底部活动连接有底座，底座的顶部活动连接有电机，电机的右侧活动连接有主动轮，主体的顶部活动连接有翻盖，翻盖的底部活动连接有滚轴，滚轴的左侧活动连接有齿轮，主体的顶部固定连接有内腔，内腔的底部活动连接有反应釜。
优选的，所述步骤(3)中苯代三聚氰胺、甲醛、苯酚、SnO2纳米花、磷酸、对甲苯磺酸的质量比为30-36:15-25:100:60-70:3-12:1-2。
优选的，所述步骤(4)中SnO2纳米花修饰三聚氰胺酚醛树脂磷酸盐、氢氧化钾的质量比为100:20-30。
优选的，所述步骤(4)中碳化过程为在氮气氛围中以2-4℃/min的速率升温至580-650℃，碳化30-60min。
(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SnO2修饰的N、P共掺杂多孔碳的超级电容器材料，Sn4+与Cl-发生络合反应生成前驱体[Sn(Cl)6]2-，再水解生成SnO2晶核，由于[Sn(Cl)6]2-相互桥联，新生成的SnO2晶核表面能高，容易聚集生长，SnO2颗粒呈现出纳米花的生长过程，得到SnO2纳米花，具有超高的比表面积，有利于暴露更多的电催化活性位点。
该一种SnO2修饰的N、P共掺杂多孔碳的超级电容器材料，苯代三聚氰胺先与甲醛生成中间产物，再加入苯酚、磷酸，在催化剂对甲苯磺酸的作用下生成三聚氰胺酚醛树脂磷酸盐，将SnO2纳米花均匀包覆，再与氢氧化钾混合后进行热处理，氢氧化钾与其反应生成碳酸钾、氧化钾并释放出氢气，随着温度的升高，碳酸钾、氧化钾被碳还原，以金属钾的形式析出，并不断渗入碳材料的内部开辟新的微孔，同时部分碳酸钾分解生成氧化钾并释放出CO2，打通碳材料内部的微孔通道，得到多孔碳材料，极大地增加了比表面积，同时在高温热处理的过程中，N、P均匀的掺杂入多孔碳材料，改变了多孔碳材料表面与离子的电化学反应过程，表面官能团成为与离子吸附于反应的结合位点，从而增强了多孔碳材料的导电性，同时，N、P的掺杂提供了更多的催化活性位点，而多孔碳材料具有丰富的孔隙结构，增大了与电解液的接触面积，减小了离子传输的阻力，缩短了离子传输的距离，提高了多孔碳材料的电容值，磷酸可以对多孔碳材料的表面进行刻蚀，起到造孔的作用，使得外表面出现大量的孔隙结构和褶皱现象，进一步提高了比表面积，同时大量的孔隙结构相互贯通，有利于离子的扩散与存储，从而提升电化学性能。
该一种SnO2修饰的N、P共掺杂多孔碳的超级电容器材料，SnO2纳米花均匀修饰到多孔碳材料上，且SnO2纳米花具有超高的比表面积，促进了电解质离子的快速传递，提高了多孔碳材料的电容性，SnO2纳米花为H+的嵌入和脱出提供了更大的比表面积，提高了多孔碳材料的赝电容，使得SnO2纳米花与多孔碳材料之间存在很好的双电层电容与赝电容的正向协同作用，增加了比电容，同时具有良好的电容保持率、优异的能量存储和释放性能，同时更大的比表面积使得电解质离子的嵌入和脱出更加容易，还能储存更多的电解质溶液，使得SnO2修饰的N、P共掺杂多孔碳的超级电容器材料具有更加优异的比电容、循环稳定性等电化学性能。
附图说明
图1是水热装置结构示意图；
图2是水热装置侧面结构示意图。
1、主体；2、底座；3、电机；4、主动轮；5、翻盖；6、滚轴；7、齿轮；8、内腔；9、反应釜。
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SnO2修饰的N、P共掺杂多孔碳的超级电容器材料，SnO2修饰的N、P共掺杂多孔碳的超级电容器材料制备方法如下：
(1)向反应瓶中加入去离子水、四氯化锡，调节溶液的pH为3-5，超声分散均匀，将所得混合液置于反应釜内放入水热装置中，水热装置包括主体，主体的底部活动连接有底座，底座的顶部活动连接有电机，电机的右侧活动连接有主动轮，主体的顶部活动连接有翻盖，翻盖的底部活动连接有滚轴，滚轴的左侧活动连接有齿轮，主体的顶部固定连接有内腔，内腔的底部活动连接有反应釜，在210-230℃下水热反应11-13h，冷却，洗涤、离心并干燥，得到SnO2纳米花；
(2)向反应瓶中加入乙醚、氢氧化钾、双氰胺、苯甲腈，进行反应，减压蒸馏并重结晶，得到苯代三聚氰胺；
(3)向反应瓶中加入去离子水、苯代三聚氰胺、甲醛、苯酚、SnO2纳米花，加入磷酸，调节pH为中性，再加入催化剂对甲苯磺酸，其中苯代三聚氰胺、甲醛、苯酚、SnO2纳米花、磷酸、对甲苯磺酸的质量比为30-36:15-25:100:60-70:3-12:1-2，在90-100℃下反应12-36h，加入氢氧化钠，调节pH为中性，再将混合液倒入甲醇中，等其完全沉淀后，过滤、洗涤并干燥，得到SnO2纳米花修饰三聚氰胺酚醛树脂磷酸盐；
(4)向研钵中加入SnO2纳米花修饰三聚氰胺酚醛树脂磷酸盐、氢氧化钾，二者的质量比为100:20-30，研磨均匀后置于坩埚内放入气氛管式炉中，进行碳化过程，碳化过程为在氮气氛围中以2-4℃/min的速率升温至580-650℃，碳化30-60min，洗涤并干燥，得到SnO2修饰的N、P共掺杂多孔碳的超级电容器材料。
实施例1
(1)向反应瓶中加入去离子水、四氯化锡，调节溶液的pH为5，超声分散均匀，将所得混合液置于反应釜内放入水热装置中，水热装置包括主体，主体的底部活动连接有底座，底座的顶部活动连接有电机，电机的右侧活动连接有主动轮，主体的顶部活动连接有翻盖，翻盖的底部活动连接有滚轴，滚轴的左侧活动连接有齿轮，主体的顶部固定连接有内腔，内腔的底部活动连接有反应釜，在210℃下水热反应11h，冷却，洗涤、离心并干燥，得到SnO2纳米花；
(2)向反应瓶中加入乙醚、氢氧化钾、双氰胺、苯甲腈，进行反应，减压蒸馏并重结晶，得到苯代三聚氰胺；
(3)向反应瓶中加入去离子水、苯代三聚氰胺、甲醛、苯酚、SnO2纳米花，加入磷酸，调节pH为中性，再加入催化剂对甲苯磺酸，其中苯代三聚氰胺、甲醛、苯酚、SnO2纳米花、磷酸、对甲苯磺酸的质量比为30:15:100:60:3:1，在90℃下反应12h，加入氢氧化钠，调节pH为中性，再将混合液倒入甲醇中，等其完全沉淀后，过滤、洗涤并干燥，得到SnO2纳米花修饰三聚氰胺酚醛树脂磷酸盐；
(4)向研钵中加入SnO2纳米花修饰三聚氰胺酚醛树脂磷酸盐、氢氧化钾，二者的质量比为100:20，研磨均匀后置于坩埚内放入气氛管式炉中，进行碳化过程，碳化过程为在氮气氛围中以2℃/min的速率升温至580℃，碳化30min，洗涤并干燥，得到SnO2修饰的N、P共掺杂多孔碳的超级电容器材料。
实施例2
(1)向反应瓶中加入去离子水、四氯化锡，调节溶液的pH为4，超声分散均匀，将所得混合液置于反应釜内放入水热装置中，水热装置包括主体，主体的底部活动连接有底座，底座的顶部活动连接有电机，电机的右侧活动连接有主动轮，主体的顶部活动连接有翻盖，翻盖的底部活动连接有滚轴，滚轴的左侧活动连接有齿轮，主体的顶部固定连接有内腔，内腔的底部活动连接有反应釜，在220℃下水热反应12h，冷却，洗涤、离心并干燥，得到SnO2纳米花；
(2)向反应瓶中加入乙醚、氢氧化钾、双氰胺、苯甲腈，进行反应，减压蒸馏并重结晶，得到苯代三聚氰胺；
(3)向反应瓶中加入去离子水、苯代三聚氰胺、甲醛、苯酚、SnO2纳米花，加入磷酸，调节pH为中性，再加入催化剂对甲苯磺酸，其中苯代三聚氰胺、甲醛、苯酚、SnO2纳米花、磷酸、对甲苯磺酸的质量比为33:20:100:65:7.5:1.5，在95℃下反应24h，加入氢氧化钠，调节pH为中性，再将混合液倒入甲醇中，等其完全沉淀后，过滤、洗涤并干燥，得到SnO2纳米花修饰三聚氰胺酚醛树脂磷酸盐；
(4)向研钵中加入SnO2纳米花修饰三聚氰胺酚醛树脂磷酸盐、氢氧化钾，二者的质量比为100:25，研磨均匀后置于坩埚内放入气氛管式炉中，进行碳化过程，碳化过程为在氮气氛围中以3℃/min的速率升温至615℃，碳化45min，洗涤并干燥，得到SnO2修饰的N、P共掺杂多孔碳的超级电容器材料。
实施例3
(1)向反应瓶中加入去离子水、四氯化锡，调节溶液的pH为4，超声分散均匀，将所得混合液置于反应釜内放入水热装置中，水热装置包括主体，主体的底部活动连接有底座，底座的顶部活动连接有电机，电机的右侧活动连接有主动轮，主体的顶部活动连接有翻盖，翻盖的底部活动连接有滚轴，滚轴的左侧活动连接有齿轮，主体的顶部固定连接有内腔，内腔的底部活动连接有反应釜，在210℃下水热反应13h，冷却，洗涤、离心并干燥，得到SnO2纳米花；
(2)向反应瓶中加入乙醚、氢氧化钾、双氰胺、苯甲腈，进行反应，减压蒸馏并重结晶，得到苯代三聚氰胺；
(3)向反应瓶中加入去离子水、苯代三聚氰胺、甲醛、苯酚、SnO2纳米花，加入磷酸，调节pH为中性，再加入催化剂对甲苯磺酸，其中苯代三聚氰胺、甲醛、苯酚、SnO2纳米花、磷酸、对甲苯磺酸的质量比为30:25:100:60:12:1，在95℃下反应18h，加入氢氧化钠，调节pH为中性，再将混合液倒入甲醇中，等其完全沉淀后，过滤、洗涤并干燥，得到SnO2纳米花修饰三聚氰胺酚醛树脂磷酸盐；
(4)向研钵中加入SnO2纳米花修饰三聚氰胺酚醛树脂磷酸盐、氢氧化钾，二者的质量比为100:23，研磨均匀后置于坩埚内放入气氛管式炉中，进行碳化过程，碳化过程为在氮气氛围中以2℃/min的速率升温至600℃，碳化40min，洗涤并干燥，得到SnO2修饰的N、P共掺杂多孔碳的超级电容器材料。
实施例4
(1)向反应瓶中加入去离子水、四氯化锡，调节溶液的pH为3，超声分散均匀，将所得混合液置于反应釜内放入水热装置中，水热装置包括主体，主体的底部活动连接有底座，底座的顶部活动连接有电机，电机的右侧活动连接有主动轮，主体的顶部活动连接有翻盖，翻盖的底部活动连接有滚轴，滚轴的左侧活动连接有齿轮，主体的顶部固定连接有内腔，内腔的底部活动连接有反应釜，在230℃下水热反应13h，冷却，洗涤、离心并干燥，得到SnO2纳米花；
(2)向反应瓶中加入乙醚、氢氧化钾、双氰胺、苯甲腈，进行反应，减压蒸馏并重结晶，得到苯代三聚氰胺；
(3)向反应瓶中加入去离子水、苯代三聚氰胺、甲醛、苯酚、SnO2纳米花，加入磷酸，调节pH为中性，再加入催化剂对甲苯磺酸，其中苯代三聚氰胺、甲醛、苯酚、SnO2纳米花、磷酸、对甲苯磺酸的质量比为36:25:100:70:12:2，在100℃下反应36h，加入氢氧化钠，调节pH为中性，再将混合液倒入甲醇中，等其完全沉淀后，过滤、洗涤并干燥，得到SnO2纳米花修饰三聚氰胺酚醛树脂磷酸盐；
(4)向研钵中加入SnO2纳米花修饰三聚氰胺酚醛树脂磷酸盐、氢氧化钾，二者的质量比为100:30，研磨均匀后置于坩埚内放入气氛管式炉中，进行碳化过程，碳化过程为在氮气氛围中以4℃/min的速率升温至650℃，碳化60min，洗涤并干燥，得到SnO2修饰的N、P共掺杂多孔碳的超级电容器材料。
对比例1
(1)向反应瓶中加入去离子水、四氯化锡，调节溶液的pH为3，超声分散均匀，将所得混合液置于反应釜内放入水热装置中，水热装置包括主体，主体的底部活动连接有底座，底座的顶部活动连接有电机，电机的右侧活动连接有主动轮，主体的顶部活动连接有翻盖，翻盖的底部活动连接有滚轴，滚轴的左侧活动连接有齿轮，主体的顶部固定连接有内腔，内腔的底部活动连接有反应釜，在210℃下水热反应13h，冷却，洗涤、离心并干燥，得到SnO2纳米花；
(2)向反应瓶中加入乙醚、氢氧化钾、双氰胺、苯甲腈，进行反应，减压蒸馏并重结晶，得到苯代三聚氰胺；
(3)向反应瓶中加入去离子水、苯代三聚氰胺、甲醛、苯酚、SnO2纳米花，加入磷酸，调节pH为中性，再加入催化剂对甲苯磺酸，其中苯代三聚氰胺、甲醛、苯酚、SnO2纳米花、磷酸、对甲苯磺酸的质量比为25:10:100:50:0:1，在90℃下反应36h，加入氢氧化钠，调节pH为中性，再将混合液倒入甲醇中，等其完全沉淀后，过滤、洗涤并干燥，得到SnO2纳米花修饰三聚氰胺酚醛树脂磷酸盐；
(4)向研钵中加入SnO2纳米花修饰三聚氰胺酚醛树脂磷酸盐、氢氧化钾，二者的质量比为100:15，研磨均匀后置于坩埚内放入气氛管式炉中，进行碳化过程，碳化过程为在氮气氛围中以2℃/min的速率升温至650℃，碳化30min，洗涤并干燥，得到SnO2修饰的N、P共掺杂多孔碳的超级电容器材料。
将实施例和对比例中得到的SnO2修饰的N、P共掺杂多孔碳的超级电容器材料、乙炔黑、聚四氟乙烯按照85:5:10的质量比均匀分散于无水乙醇中，得到粘稠状混合物，并将其反复碾压呈薄片，干燥，用模具冲得10mm的圆形薄片，并与一样大的泡沫镍压制成电极，并与隔膜组成纽扣电池，电解液为6mol/L的KOH溶液，采用Zahner IM6型电化学工作站对纽扣电池进行充放电测试，测试标准为GB/T 34870.1-2017。
Claims (5)
1.一种SnO2修饰的N、P共掺杂多孔碳的超级电容器材料，其特征在于：所述SnO2修饰的N、P共掺杂多孔碳的超级电容器材料制备方法如下：
(1)向去离子水中加入四氯化锡，调节溶液的pH为3-5，超声分散均匀，将所得混合液置于反应釜内放入水热装置中，在210-230℃下水热反应11-13h，冷却，洗涤、离心并干燥，得到SnO2纳米花；
(2)向乙醚中加入氢氧化钾、双氰胺、苯甲腈，进行反应，减压蒸馏并重结晶，得到苯代三聚氰胺；
(3)向去离子水中加入苯代三聚氰胺、甲醛、苯酚、SnO2纳米花，加入磷酸，调节pH为中性，再加入催化剂对甲苯磺酸，在90-100℃下反应12-36h，加入氢氧化钠，调节pH为中性，再将混合液倒入甲醇中，等其完全沉淀后，过滤、洗涤并干燥，得到SnO2纳米花修饰三聚氰胺酚醛树脂磷酸盐；
(4)向研钵中加入SnO2纳米花修饰三聚氰胺酚醛树脂磷酸盐、氢氧化钾，研磨均匀后置于坩埚内放入气氛管式炉中，进行碳化过程，洗涤并干燥，得到SnO2修饰的N、P共掺杂多孔碳的超级电容器材料。
2.根据权利要求1所述的一种SnO2修饰的N、P共掺杂多孔碳的超级电容器材料，其特征在于：所述步骤(1)中水热装置包括主体，主体的底部活动连接有底座，底座的顶部活动连接有电机，电机的右侧活动连接有主动轮，主体的顶部活动连接有翻盖，翻盖的底部活动连接有滚轴，滚轴的左侧活动连接有齿轮，主体的顶部固定连接有内腔，内腔的底部活动连接有反应釜。
3.根据权利要求1所述的一种SnO2修饰的N、P共掺杂多孔碳的超级电容器材料，其特征在于：所述步骤(3)中苯代三聚氰胺、甲醛、苯酚、SnO2纳米花、磷酸、对甲苯磺酸的质量比为30-36:15-25:100:60-70:3-12:1-2。
4.根据权利要求1所述的一种SnO2修饰的N、P共掺杂多孔碳的超级电容器材料，其特征在于：所述步骤(4)中SnO2纳米花修饰三聚氰胺酚醛树脂磷酸盐、氢氧化钾的质量比为100:20-30。
5.根据权利要求1所述的一种SnO2修饰的N、P共掺杂多孔碳的超级电容器材料，其特征在于：所述步骤(4)中碳化过程为在氮气氛围中以2-4℃/min的速率升温至580-650℃，碳化30-60min。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011485013.4A CN112599363B (zh) | 2020-12-16 | 2020-12-16 | 一种SnO2修饰的N、P共掺杂多孔碳的超级电容器材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011485013.4A CN112599363B (zh) | 2020-12-16 | 2020-12-16 | 一种SnO2修饰的N、P共掺杂多孔碳的超级电容器材料 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112599363A true CN112599363A (zh) | 2021-04-02 |
| CN112599363B CN112599363B (zh) | 2022-09-02 |
Family
ID=75196167
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202011485013.4A Active CN112599363B (zh) | 2020-12-16 | 2020-12-16 | 一种SnO2修饰的N、P共掺杂多孔碳的超级电容器材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112599363B (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116654895A (zh) * | 2023-05-31 | 2023-08-29 | 青岛新泰和纳米科技有限公司 | 一种磷锡共掺杂硬碳负极材料及其制备方法 |
Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103101967A (zh) * | 2011-11-14 | 2013-05-15 | 南开大学 | 一种三维多级SnO2纳米花的制备方法 |
| CN103254379A (zh) * | 2013-05-17 | 2013-08-21 | 江苏文昌电子化工有限公司 | 一种含磷含氮酚醛树脂及其制备方法 |
| CN103855361A (zh) * | 2014-03-28 | 2014-06-11 | 清华大学 | 掺氮多孔碳纳米纤维布的制备方法 |
| CN104201001A (zh) * | 2014-07-14 | 2014-12-10 | 上海应用技术学院 | 一种棒状的氮磷共掺杂介孔碳材料及其制备方法和应用 |
| CN104448175A (zh) * | 2013-09-17 | 2015-03-25 | 徐丽萍 | 三聚氰胺酚醛树脂的合成方法 |
| CN105006375A (zh) * | 2015-06-04 | 2015-10-28 | 郑州大学 | 一种氮、磷共掺杂多孔碳纳米管、制备方法及应用 |
| CN106220578A (zh) * | 2016-08-03 | 2016-12-14 | 武汉有机实业有限公司 | 一种新的苯代三聚氰胺生产方法 |
| CN106279052A (zh) * | 2016-08-03 | 2017-01-04 | 武汉有机实业有限公司 | 苯代三聚氰胺新的生产方法 |
| US20180044467A1 (en) * | 2016-08-10 | 2018-02-15 | Taiwan Union Technology Corporation | Resin Composition, and Prepreg, Metal-Clad Laminate, and Printed Circuit Board Prepared Using the Same |
| CN111681883A (zh) * | 2020-07-08 | 2020-09-18 | 刘栋 | 一种n,s共掺杂多孔碳的超级电容器电极材料及其制法 |
| CN111763492A (zh) * | 2020-07-13 | 2020-10-13 | 福建隆达竹业有限公司 | 一种改性三聚氰胺酚醛树脂胶 |
-
2020
- 2020-12-16 CN CN202011485013.4A patent/CN112599363B/zh active Active
Patent Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103101967A (zh) * | 2011-11-14 | 2013-05-15 | 南开大学 | 一种三维多级SnO2纳米花的制备方法 |
| CN103254379A (zh) * | 2013-05-17 | 2013-08-21 | 江苏文昌电子化工有限公司 | 一种含磷含氮酚醛树脂及其制备方法 |
| CN104448175A (zh) * | 2013-09-17 | 2015-03-25 | 徐丽萍 | 三聚氰胺酚醛树脂的合成方法 |
| CN103855361A (zh) * | 2014-03-28 | 2014-06-11 | 清华大学 | 掺氮多孔碳纳米纤维布的制备方法 |
| CN104201001A (zh) * | 2014-07-14 | 2014-12-10 | 上海应用技术学院 | 一种棒状的氮磷共掺杂介孔碳材料及其制备方法和应用 |
| CN105006375A (zh) * | 2015-06-04 | 2015-10-28 | 郑州大学 | 一种氮、磷共掺杂多孔碳纳米管、制备方法及应用 |
| CN106220578A (zh) * | 2016-08-03 | 2016-12-14 | 武汉有机实业有限公司 | 一种新的苯代三聚氰胺生产方法 |
| CN106279052A (zh) * | 2016-08-03 | 2017-01-04 | 武汉有机实业有限公司 | 苯代三聚氰胺新的生产方法 |
| US20180044467A1 (en) * | 2016-08-10 | 2018-02-15 | Taiwan Union Technology Corporation | Resin Composition, and Prepreg, Metal-Clad Laminate, and Printed Circuit Board Prepared Using the Same |
| CN111681883A (zh) * | 2020-07-08 | 2020-09-18 | 刘栋 | 一种n,s共掺杂多孔碳的超级电容器电极材料及其制法 |
| CN111763492A (zh) * | 2020-07-13 | 2020-10-13 | 福建隆达竹业有限公司 | 一种改性三聚氰胺酚醛树脂胶 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116654895A (zh) * | 2023-05-31 | 2023-08-29 | 青岛新泰和纳米科技有限公司 | 一种磷锡共掺杂硬碳负极材料及其制备方法 |
| CN116654895B (zh) * | 2023-05-31 | 2024-01-23 | 青岛新泰和纳米科技有限公司 | 一种磷锡共掺杂硬碳负极材料及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN112599363B (zh) | 2022-09-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109637831B (zh) | 一种超级电容器用氮磷共掺杂多孔碳片的制备方法 | |
| CN107244664B (zh) | 类石墨烯结构碳电极材料的制备方法及应用 | |
| CN105390672A (zh) | 三维氮掺杂介孔碳超薄纳米片材料制备方法 | |
| AU2020101283A4 (en) | Method for Manufacturing Straw-Based Activated Carbon Electrode Material for Super Capacitor with Energy Storage Efficiency Enhanced Through Acid Mine Drainage | |
| CN111243871B (zh) | 新型NiSe2包覆介孔空心碳球复合材料及其制备方法和在超级电容器中的应用 | |
| CN107161979B (zh) | 一种碳基纳米带多孔材料以及制备方法与应用 | |
| CN111170318B (zh) | 酚醛树脂基氧掺杂微孔碳电极材料的制备方法 | |
| CN115410834A (zh) | 一种催化活化制备木质素基超容炭的方法 | |
| CN109292774B (zh) | 一种石榴状多孔碳微米球材料的制备方法及其应用 | |
| CN112599363B (zh) | 一种SnO2修饰的N、P共掺杂多孔碳的超级电容器材料 | |
| CN112919449A (zh) | 一种硼氮共掺杂多孔碳微球材料及其制备方法 | |
| CN112125304A (zh) | 一种金属氧化物改性的微纳硅-石墨复合负极材料及其制备方法 | |
| CN114944480B (zh) | 一种蜂窝状多孔锡碳复合材料的制备方法 | |
| CN111341567B (zh) | 一种3D杨絮衍生碳支撑NiCo-LDH纳米片超级电容器及制备方法 | |
| CN112687475B (zh) | 一种NiCoP/NiCoP/C多壳空心结构电极材料及制备与应用 | |
| CN111591981B (zh) | 一种低层薄纱状掺氮石墨烯的制备方法 | |
| CN110862077B (zh) | 一种超级电容器用富含介孔的分级多孔碳材料的制备方法 | |
| CN108878161B (zh) | 玫瑰花状Ni(OH)2/rGO复合电极材料及其制备方法和应用 | |
| CN111924842A (zh) | 一种基于荷梗的电极材料及其制备方法 | |
| CN111883762A (zh) | 一种石墨烯-纳米TiO2修饰多孔SnO2的钠离子电池负极材料 | |
| CN113130905A (zh) | 一种超小硫化钴纳米片/碳布复合材料及其制备方法 | |
| CN113120897A (zh) | 一种无溶剂法制备氮掺杂微孔碳电极材料的方法 | |
| CN114005965A (zh) | 一种石墨烯/碳包覆硅基负极及其制备方法 | |
| CN110577217A (zh) | 一种蜂窝状多孔炭及其制备方法和一种超级电容器电极片 | |
| CN110660594B (zh) | 一种多维石墨烯基超级电容器电极片的制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20220817 Address after: No. 300, Xuefu Road, Longling Industrial Park, Heshan District, Yiyang City, Hunan Province 413000 Applicant after: Yiyang Hua Microelectronics Technology Co., Ltd. Address before: 100000 Aobei science and Technology Park, No.1, Baosheng South Road, Haidian District, Beijing Applicant before: Liu Shuang |
|
| TA01 | Transfer of patent application right | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |