CN114195122B - 一种复合多孔碳气凝胶材料及其制备方法和用途 - Google Patents

一种复合多孔碳气凝胶材料及其制备方法和用途 Download PDF

Info

Publication number
CN114195122B
CN114195122B CN202111576595.1A CN202111576595A CN114195122B CN 114195122 B CN114195122 B CN 114195122B CN 202111576595 A CN202111576595 A CN 202111576595A CN 114195122 B CN114195122 B CN 114195122B
Authority
CN
China
Prior art keywords
graphene oxide
zif
nanocellulose
composite porous
cnf
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.)
Active
Application number
CN202111576595.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114195122A (zh
Inventor
邵自强
闫春霞
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Institute of Technology BIT
Original Assignee
Beijing Institute of Technology BIT
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing Institute of Technology BIT filed Critical Beijing Institute of Technology BIT
Priority to CN202111576595.1A priority Critical patent/CN114195122B/zh
Publication of CN114195122A publication Critical patent/CN114195122A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114195122B publication Critical patent/CN114195122B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/05—Preparation or purification of carbon not covered by groups C01B32/15, C01B32/20, C01B32/25, C01B32/30
    • 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

Abstract

一种复合多孔气凝胶材料，包括纳米纤维素、氧化石墨烯、ZIF‑Zn/Co，所述纳米纤维素、氧化石墨烯通过分子间相互作用力交织形成3D网络结构，所述ZIF‑Zn/Co通过分子间相互作用力均匀分散在3D网络结构上，该材料在惰性气氛下，经炭烧、保温、降温制备得到复合多孔碳气凝胶材料，具有优异的电化学性能和机械强度，可以用于制备电极材料。

Description

一种复合多孔碳气凝胶材料及其制备方法和用途
技术领域
本发明涉及材料领域，特别涉及一种复合多孔碳气凝胶材料及其制备方法和用途。
背景技术
碳气凝胶是由碳纳米材料形成的具有三维多孔网络结构材料。由于其独特的物理性质，包括表观密度低、比表面积大、孔隙结构丰富、电导率高、化学稳定性好等，自首次获得以来就受到了广泛的关注。基于上述特性，碳气凝胶已被制成万花筒，并广泛应用于储能、保温、环境净化、化学传感器、以及生物医学和制药等领域。然而，碳气凝胶由于其多孔网络结构中的连接极稀、接头脆弱，导致其机械强度较差，限制了碳气凝胶的应用范围。
生物质碳气凝胶因其成本低、可再生、可持续发展和环境友好性而成为最具活性的碳气凝胶多孔材料。其中最受关注的是纳米纤维素碳气凝胶，其高长径比能够支撑构筑多尺度，其多层级结构可以维持石墨烯单层特性，保证材料结构可调控和功能化，并且，它具有亲水的表面官能团，如羟基和羧基，是一种理想的骨架支撑材料和储能材料。
金属有机框架(MOFs)，是一种由有机配体和簇状的金属离子形成的具有周期性网络结构的新型晶体多孔材料。由于其独特的特性，易于结构后修饰、灵活的物理特性和带隙可调性，被认为是未来用于能源存储和发电、化学传感器和光敏剂的候选材料。但不可忽视的是，由于其离子的电导率低、结构柔韧性弱、易团聚等原因，MOFs基储能器件的电化学性能并不理想。通过快速热解，可以将组织良好的骨架转化为异质原子装饰均匀的碳，并能部分保留MOFs的长程有序和高孔隙率，从而得到高表面积的多孔碳。
石墨烯是一种单原子厚度的单层碳材料，具有重量轻、稳定性高、电导率高、比表面积高等许多优良性能，因此具有制造高性能超级电容器的潜力。但石墨烯也存在一些不可避免的问题，限制了其在超级电容领域的实际应用。此外，石墨烯片会产生堆叠，导致石墨烯中的小孔隙无法充分接触电解液石墨烯的比电容较小。
因此，如何制备一种稳定、电化学性能优良的复合材料，是本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的之一是针对现有技术的不足，提供一种复合多孔碳气凝胶材料，其密度低、结构易调控，比表面积大、空隙率高且孔径均一，具有优异的稳定性和电化学性能。
本发明的目的之二是提供上述复合多孔碳气凝胶材料的制备方法，所用原料环保易得，制备过程经济简单。
本发明的技术方案之一是：一种复合多孔气凝胶材料，包括纳米纤维素、氧化石墨烯、ZIF-Zn/Co，所述纳米纤维素、氧化石墨烯通过分子间相互作用力交织形成3D网络结构，所述ZIF-Zn/Co通过分子间相互作用力均匀分散在3D网络结构上。
进一步的，纳米纤维素、氧化石墨烯、ZIF-Zn/Co的质量比为2:1:5。
上述复合多孔气凝胶材料的制备方法，包括以下步骤：
1)取纳米纤维素、氧化石墨烯、ZIF-Zn/Co制备得到纳米纤维素/氧化石墨烯/ZIF-Zn/Co悬浮液；
2)纳米纤维素/氧化石墨烯/ZIF-Zn/Co悬浮液在液氮中预处理后，通过冷冻干燥，得到复合多孔气凝胶材料。
进一步的，步骤1)纳米纤维素为纳米纤维素水溶液，浓度为0.1-1.0wt％，所述氧化石墨烯为氧化石墨烯分散液，浓度为5-10mg/mL，纳米纤维素水溶液和氧化石墨烯分散液的体积比为2-4：1-2。
进一步的，取纳米纤维素水溶液搅拌分散均匀，取氧化石墨烯分散液，超声分散均匀，然后超声分散于纳米纤维素水溶液中，得到纳米纤维素/氧化石墨烯悬浮液，将ZIF-Zn/Co超声分散于纳米纤维素/氧化石墨烯悬浮液中，得到纳米纤维素/氧化石墨烯悬浮液/ZIF-Zn/Co悬浮液。
进一步的，步骤2)预处理的温度为-196℃，预处理时间为15-20min，所述冷冻干燥的压力为5-10Pa，冷冻干燥的温度为-(40-50)℃，冷冻干燥时间为24-48h。
本发明的技术方案之二是：一种复合多孔碳气凝胶材料，采用上述的复合多孔气凝胶材料，在惰性气氛下，经炭烧、保温、降温制备得到。
进一步的，所述炭烧，升温速率为1-5℃/min，炭烧温度为800-1000℃，所述保温的时间为1.5-2h。
本发明还提供了上述复合多孔碳气凝胶材料在用于制备电极材料中的用途。
具体的，所述电极材料用于超级电容器。
采用上述技术方案具有以下有益效果：
1、本发明提供的复合多孔气凝胶材料，以纳米纤维素、氧化石墨烯、ZIF-Zn/Co作为原料，纳米纤维素和氧化石墨烯交织在一起构成蓬松轻质的气凝胶材料的骨架结构，纳米纤维素起到接头和编织的作用，可有效提高气凝胶材料的结构强度，同时避免氧化石墨烯堆叠。且在氧化石墨烯和氧化石墨烯之间、氧化石墨烯和纳米纤维素交织之间、纳米纤维素和纳米纤维素交织之间形成若干大孔(＞50nm)，ZIF-Zn/Co在氧化石墨烯或石墨烯片层表面均匀附着，和/或被氧化石墨烯或石墨烯片层包裹，和/或与纳米纤维素缠绕，均匀分散在骨架结构上形成活性位点，可以作为制备复合多孔碳气凝胶材料的原料。
2、本发明限定纳米纤维素、氧化石墨烯、ZIF-Zn/Co的质量比为2:1:5。CNF的浓度越高的话，片层结构越紧密，不能形成蓬松的3D骨架结构，CNF的浓度越低，不能起到很好的接头和编织的作用。氧化石墨的浓度越高，片层堆叠效果越紧密，浓度太低的话不能起到好骨架作用。ZIF-Zn/Co的浓度太高，碳气凝胶整体的质量也会增加，并且ZIF-Zn/Co出现团聚现象，浓度太低的话，活性物质的含量较少。因此，合适的质量比是构建优异电化学性能的碳气凝胶的重要因素。
3、本发明提供的复合多孔气凝胶材料的制备方法，先制备纳米纤维素/氧化石墨烯/ZIF-Zn/Co悬浮液，然后在液氮中预处理，使得气凝胶材料从表面向内部具有温度梯度，使得溶剂水结冰时，冰晶沿温度梯度方向生长产生周期性的有序排列，同时溶质与冰晶产生相分离，将溶质富集在冰晶之间，最后经过冷冻干燥，使得冰晶升华，得到三维有序结构的气凝胶，整个制备过程原料环保易得，制备工艺简单，且可以降低相邻纤维之间的毛细力，避免发生团聚现象，保证形成三维有序结构的目标产品。
4、本发明提供的复合多孔碳气凝胶材料，利用制备得到的复合多孔气凝胶材料经过炭烧、保温、降温后得到，在气凝胶结构的基础上，氧化石墨烯炭烧后形成还原氧化石墨烯，其表面的纳米分子筛结构具有介孔和微孔结构，且在炭烧后的ZIF-Zn/Co表面和内部具有微孔结构，形成合理的微孔-介孔-大孔分布，使得复合多孔碳气凝胶材料具有高的孔隙率，促进电解质离子的传递，具备优异的导电性和分级多孔结构，保温操作可以保证炭烧完全。此外，高温还原得到的还原氧化石墨烯具有高的导电性，炭烧后的纳米纤维素和ZIF-Zn/Co形成石墨碳，且炭烧后的ZIF-Zn/Co具有Co纳米离子，还能促进电子的传递，得到的亲水三维碳网络通道为电荷转移提供了“桥梁”，降低了产物的电阻，为良好的电化学性能奠定了结构基础。分级多孔结构促进了电解质的输运和电子的转移。氧化石墨烯在高温下碳化生成还原氧化石墨烯，提高了碳气凝胶的比表面积和电导率。
经申请人试验验证，本发明制备得到的复合多孔碳气凝胶材料，经电化学方法测试，具有小的交流阻抗(0.172ohm)，说明次碳气凝胶具有优异的导电性。将此碳气凝胶制备成超级电容器的电极材料在1A g-1恒电流充放电的比电容值为364.6F g-1，倍率性能优异，增到电流密度到10A g-1，比电容保留高达86.9％。将CNF/RGO/ZIF-Zn/Co电极材料组装成超级电容器，在10A g-1下经历10000次恒电流循环充放电比容值仍然达到76.8％，库仑效率几乎为100％，具有优异的电化学性能。
下面结合附图和具体实施方式作进一步的说明。
附图说明
图1为实施例3制备的CNF/RGO/ZIF-Zn/Co碳气凝胶的外观图；
图2为实施例3制备的CNF/RGO/ZIF-Zn/Co碳气凝胶的扫描电镜图；
图3为实施例3制备的CNF/RGO/ZIF-Zn/Co碳气凝胶的多孔结构示意图；
图4为实施例3制备的CNF/RGO/ZIF-Zn/Co碳气凝胶的孔径分布曲线图；
图5为实施例3制备的CNF/RGO/ZIF-Zn/Co碳气凝胶的交流阻抗图；
图6为实施例3制备的CNF/RGO/ZIF-Zn/Co碳气凝胶的恒电流充放电的比电容值曲线图；
图7为实施例3制备的CNF/RGO/ZIF-Zn/Co碳气凝胶在不同电流密度下的比电容值曲线图；
图8为实施例3制备的CNF/RGO/ZIF-Zn/Co碳气凝胶作为电极制备的超级电容器在10A g-1下恒电流充放电的衰减情况以及循环稳定性曲线图；
图9为对照例1制备的CNF碳气凝胶的外观图；
图10为对照例2制备的CNF/RGO碳气凝胶的外观图；
图11为对比例1、对比例2、实施例3制备得到的气凝胶分别作为电极材料制备的超级电容器的循环伏安性能曲线图。
具体实施方式
本发明中，使用的。纤维素纳米纤维(CNFs)由北方世纪纤维素材料有限公司提供，氧化石墨烯按照改进的Hummers方法和双金属ZIF-Zn/Co均在实验室制备。其原料石墨由先丰纳有限责任公司提供，2-甲基-1h-咪唑、六水硝酸钴(Co(NO3)2·6H2O)、六水硝酸锌(Zn(NO3)2·6H2O)由阿拉丁试剂有限公司(中国上海)提供，氢氧化钾(KOH)(99.99％)、硫酸钠(Na2SO4)、溴化西三溴铵(CTAB)、高锰酸钾(KMnO4)是从迈瑞尔化工科技有限公司(上海，中国)获得的。
实施例1
氧化石墨烯样品的制备按如下步骤进行：
按照改进的Hummers方法制备氧化石墨烯，将盛有240ml浓硫酸(98wt％)的烧杯在冰水浴中搅拌，随后向烧杯中加入天然石墨粉(9g)和硝酸钠(9g)，继续搅拌2h。然后，缓慢加入27g的高锰酸钾，温度维持不超过20℃搅拌一个小时。之后在30-40℃油浴中搅拌2h，形成粘稠的浆液。然后加入400ml的去离子水，将温度升高到85-90℃，搅拌30分钟。最后加入1000mL去离子水，并缓慢的加入60ml双氧水(30％)，溶液颜色从黑褐色变为亮黄色。将产物过滤后，用1000ml的1M盐酸溶液和去离子水进行洗涤变成黑色。最后，将得到的氧化石墨烯溶液放入透析袋中进行透析，直至溶液pH＝7，获得10mg/ml的氧化石墨烯分散液。
实施例2
双金属ZIF-Zn/Co样品的制备按如下步骤进行：
先将4.54g二甲基咪唑溶于70mL去离子水中。在搅拌的条件下，加入2mL浓度为0.1g·mL-1的十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)，搅拌10分钟，记为溶液A。随后将0.0967g六水合硝酸锌和0.1933g六水合硝酸钴溶解于10mL水，记为溶液B。在搅拌的条件下将B溶液快速注入A溶液，在室温的条件下搅拌5小时，得到紫色溶液，将紫色溶液离心，得到固体用乙醇和水交互洗涤多次，随后在真空干燥箱中干燥。
实施例3
样品的制备按如下步骤进行：
第一步：将1.3wt％的纳米纤维素(CNF)分散在去离子水中形成0.2％CNF溶液，将实施例1制备的氧化石墨烯(GO)(10mg/ml)超声分散到分散于CNF溶液中得到CNF/GO悬浮液。CNF和GO的质量比为(40mg：20mg)。随后向其中加入100mg ZIF-Zn/Co，持续的超声和搅拌得到均匀的CNF/GO/ZIF-Zn/Co悬浮液。
第二步：将混合均匀的CNF/GO/ZIF-Zn/Co悬浮液倒入30ml的圆柱形的模具中，在-196℃的液氮中中进行冷冻预处理15min，置于冷冻干燥压力为5Pa，冷凝器温度为-50℃的冷冻干燥机中，冷冻干燥时间为48h，得到CNF/GO/ZIF-Zn/Co气凝胶。
第三步：将第二步制备得到的CNF/GO/ZIF-Zn/Co气凝胶置于管式炉中，在氮气保护的氛围中进行高温碳烧。碳烧的升温速率为5℃/min，升温到900℃，保温时间为12，最终得到CNF/RGO/ZIF-Zn/Co碳气凝胶，其密度为9.6mg cm-3，如图1所示。
制备得到的CNF/RGO/ZIF-Zn/Co碳气凝胶呈现三维多孔网络结构，其扫描电镜图参见图2，由图2可知，大孔存在与CNF和RGO的交织间隙间，以及RGO薄片之间，在金属Co的催化作用下，RGO表面形成介孔，微孔的形成是由冷冻干燥过程中的冰晶和碳化Zn、Co、ZIF形成的，其多孔结构示意图参见图3，这些孔结构为电解质和电荷的转移提供了丰富而快速的通道网络，制备得到的碳材料的孔径分布曲线图如图4所示。制备得到的碳材料，经电化学方法测试，其交流阻抗0.172ohm(参见图5)，将此碳气凝胶制备成超级电容器的电极材料在1A g-1恒电流充放电的比电容值为364.6F g-1(参见图6)。倍率性能优异，增到电流密度到10A g-1，比电容保留高达86.9％(参见图7)。将CNF/RGO/ZIF-Zn/Co电极材料组装成超级电容器，在10A g-1下经历10000次恒电流循环充放电比容值仍然达到76.8％，库仑效率几乎为100％，具有优异的电化学性能(参见图8)。
实施例4
样品的制备按如下步骤进行：
第一步：将1.3wt％的CNF分散在去离子水中形成0.2％CNF溶液，将实施例1制备的GO(10mg/ml)超声分散到分散于CNF溶液中得到CNF/GO悬浮液。CNF和GO的质量比为(40mg：10mg)。随后向其中加入60mg ZIF-Zn/Co，持续的超声和搅拌得到均匀的CNF/GO/ZIF-Zn/Co悬浮液。
第二步：将混合均匀的CNF/GO/ZIF-Zn/Co悬浮液倒入30ml的圆柱形的模具中，在-196℃的液氮中中进行冷冻预处理15min，置于冷冻干燥压力为5Pa，冷凝器温度为-50℃的冷冻干燥机中，冷冻干燥时间为48h，得到CNF/GO/ZIF-Zn/Co气凝胶。
第三步：将第二步制备得到的CNF/GO/ZIF-Zn/Co气凝胶置于管式炉中，在氮气保护的氛围中进行高温碳烧。碳烧的升温速率为5℃/min，升温到900℃，保温时间为12，最终得到CNF/RGO/ZIF-Zn/Co碳气凝胶。
实施例5
样品的制备按如下步骤进行：
第一步：将1.3wt％的CNF分散在去离子水中形成0.4％CNF溶液，将实施例1制备的GO(10mg/ml)超声分散到分散于CNF溶液中得到CNF/GO悬浮液。CNF和GO的质量比为(40mg：20mg)。随后向其中加入200mg ZIF-Zn/Co，持续的超声和搅拌得到均匀的CNF/GO/ZIF-Zn/Co悬浮液。
第二步：将混合均匀的CNF/GO/ZIF-Zn/Co悬浮液倒入30ml的圆柱形的模具中，在-196℃的液氮中中进行冷冻预处理15min，置于冷冻干燥压力为5Pa，冷凝器温度为-50℃的冷冻干燥机中，冷冻干燥时间为48h，得到CNF/GO/ZIF-Zn/Co气凝胶。
第三步：将第二步制备得到的CNF/GO/ZIF-Zn/Co气凝胶置于管式炉中，在氮气保护的氛围中进行高温碳烧。碳烧的升温速率为5℃/min，升温到900℃，保温时间为12，最终得到CNF/RGO/ZIF-Zn/Co碳气凝胶。
实施例6-7
样品的制备按如下步骤进行：
实施例6～7的样品制作步骤同实施例3，不同之处在于，实施例6-7的样品的碳烧温度不同，分别是900℃和1000℃。
对比例1
样品的制备按如下步骤进行：
第一步：将1.3wt％的CNF分散在去离子水中搅拌形成0.2％CNF悬浮液。
第二步：将0.2％CNF悬浮液倒入30ml的圆柱形的模具中，在-196℃的液氮中中进行冷冻预处理15min，置于冷冻干燥压力为5Pa，冷凝器温度为-50℃的冷冻干燥机中，冷冻干燥时间为48h，得到CNF气凝胶。
第三步：将第二步制备得到的CNF气凝胶置于管式炉中，在氮气保护的氛围中进行高温碳烧。碳烧的升温速率为5℃/min，升温到900℃，保温时间为12，最终得到CNF碳气凝胶，如图9所示。
制备得到的CNF碳气凝胶呈现三维多孔网络结构，其密度为5.4mg cm-3。将此碳气凝胶制备成超级电容器的电极材料在1A g-1恒电流充放电的比电容值为186.4F g-1。
对比例2
样品的制备按如下步骤进行：
第一步：将1.3wt％的CNF分散在去离子水中形成0.2％CNF溶液，将实施例1制备的GO(10mg/ml)超声分散到分散于CNF溶液中得到CNF/GO悬浮液。CNF和GO的质量比为(40mg：20mg)。持续的超声和搅拌得到均匀的CNF/GO悬浮液。
第二步：将混合均匀的CNF/GO悬浮液倒入30ml的圆柱形的模具中，在-196℃的液氮中中进行冷冻预处理15min，置于冷冻干燥压力为5Pa，冷凝器温度为-50℃的冷冻干燥机中，冷冻干燥时间为48h，得到CNF/GO气凝胶。
第三步：将第二步制备得到的CNF/GO气凝胶置于管式炉中，在氮气保护的氛围中进行高温碳烧。碳烧的升温速率为5℃/min，升温到900℃，保温时间为12，最终得到CNF/RGO碳气凝胶，如图10所示。
制备得到的CNF/RGO碳气凝胶呈现三维多孔网络结构，其密度为7.8mg cm-3。将此碳气凝胶制备成超级电容器的电极材料在1A g-1恒电流充放电的比电容值为239.4F g-1。
将对比例1、对比例2、实施例3制备得到的气凝胶分别制备为电极材料，然后制作超级电容器，测试其循环伏安性能，如图11所示。由图11可以清楚地得知：制备得到的不同碳气凝胶电极在CV曲线均呈典型的准矩形驼峰形状，说明EDLC和法拉第赝电容同时存在。此外，CNF/RGO/ZIF-Zn Co碳气凝胶电极的CV曲线面积比原CNF碳气凝胶、CNF/RGO碳气凝胶电极的面积大，说明CNF/RGO/ZIF-Zn Co具有更加高电荷存储能力。也进一步的证明了CNF/RGO/ZIF-Zn Co碳气凝胶具有较大的比表面积和丰富的孔隙结构，可以容纳电解质离子，提高其电化学容量。

Claims (9)

1.一种复合多孔气凝胶材料，其特征在于，包括纳米纤维素、氧化石墨烯、ZIF-Zn/Co，纳米纤维素、氧化石墨烯、ZIF-Zn/Co的质量比为2:1:5，所述纳米纤维素、氧化石墨烯通过分子间相互作用力交织形成3D网络结构，所述ZIF-Zn/Co通过分子间相互作用力均匀分散在3D网络结构上。
2.权利要求1所述复合多孔气凝胶材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）取纳米纤维素、氧化石墨烯、ZIF-Zn/Co制备得到纳米纤维素/氧化石墨烯/ZIF-Zn/Co悬浮液；
2）纳米纤维素/氧化石墨烯/ZIF-Zn/Co悬浮液在液氮中预处理后，通过冷冻干燥，得到复合多孔气凝胶材料。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤1）纳米纤维素为纳米纤维素水溶液，浓度为0.1-1.0wt%，所述氧化石墨烯为氧化石墨烯分散液，浓度为5-10mg/mL，纳米纤维素水溶液和氧化石墨烯分散液的体积比为2-4：1-2。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，取纳米纤维素水溶液搅拌分散均匀，取氧化石墨烯分散液，超声分散均匀，然后超声分散于纳米纤维素水溶液中，得到纳米纤维素/氧化石墨烯悬浮液，将ZIF-Zn/Co超声分散于纳米纤维素/氧化石墨烯悬浮液中，得到纳米纤维素/氧化石墨烯悬浮液/ZIF-Zn/Co悬浮液。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤2）预处理的温度为-196℃，预处理时间为15-20min，所述冷冻干燥的压力为5-10Pa，冷冻干燥的温度为-（40-50）℃，冷冻干燥时间为24-48h。
6.一种复合多孔碳气凝胶材料，其特征在于，采用权利要求1的复合多孔气凝胶材料，在惰性气氛下，经炭烧、保温、降温制备得到。
7.根据权利要求6所述的复合多孔碳气凝胶材料，其特征在于，所述炭烧，升温速率为1-5℃/min，炭烧温度为800-1000℃，所述保温的时间为1.5-2h。
8.权利要求6或7所述复合多孔碳气凝胶材料在用于制备电极材料中的用途。
9.根据权利要求8的用途，其特征在于，所述电极材料用于超级电容器。
CN202111576595.1A 2021-12-22 2021-12-22 一种复合多孔碳气凝胶材料及其制备方法和用途 Active CN114195122B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111576595.1A CN114195122B (zh) 2021-12-22 2021-12-22 一种复合多孔碳气凝胶材料及其制备方法和用途

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111576595.1A CN114195122B (zh) 2021-12-22 2021-12-22 一种复合多孔碳气凝胶材料及其制备方法和用途

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114195122A CN114195122A (zh) 2022-03-18
CN114195122B true CN114195122B (zh) 2023-08-08

Family

ID=80655832

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111576595.1A Active CN114195122B (zh) 2021-12-22 2021-12-22 一种复合多孔碳气凝胶材料及其制备方法和用途

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114195122B (zh)

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105566659A (zh) * 2015-12-25 2016-05-11 郑州轻工业学院 一种氧化石墨烯/纳米纤维素气凝胶及其制备方法和应用
CN106920696A (zh) * 2017-04-18 2017-07-04 北京理工大学 纳米杂化气凝胶超级电容器电极材料及其制备方法和应用
CN107681142A (zh) * 2017-09-29 2018-02-09 合肥工业大学 一种用作锂离子电池负极材料的二硫化钼包覆碳纳米纤维及其制备方法
WO2018065555A1 (en) * 2016-10-06 2018-04-12 Immaterial Labs Ltd Metal-organic frameworks, methods for their manufacture and uses thereof
CN107973283A (zh) * 2017-11-01 2018-05-01 华南理工大学 一种弹性碳气凝胶及其制备方法和应用
CN109133014A (zh) * 2018-06-13 2019-01-04 青岛大学 一种CoN3@N-C复合电催化剂的制备方法
CN109222227A (zh) * 2018-07-20 2019-01-18 河南中烟工业有限责任公司 一种ZIF-Zn@多孔淀粉复合材料、其制备方法及在卷烟中的应用
CN109354137A (zh) * 2018-11-27 2019-02-19 浙江工业大学 碳纳米管/mof衍生多孔碳复合电极材料的制备及应用
CN112691645A (zh) * 2020-12-23 2021-04-23 山东省科学院新材料研究所 一种碳气凝胶/金属有机骨架复合材料及其制备方法和在气体存储中的应用
CN113120879A (zh) * 2021-04-25 2021-07-16 桂林理工大学 一种碳气凝胶材料及其制备方法与应用
CN113410481A (zh) * 2021-06-21 2021-09-17 浙江工业大学 一种Co原子掺杂多面体MOFs材料及其制备方法和应用

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101963139B1 (ko) * 2016-06-17 2019-03-28 한국기계연구원 탄소 에어로겔의 제조 방법 및 이에 의하여 제조된 탄소 에어로겔
US10676363B2 (en) * 2017-04-06 2020-06-09 Wisconsin Alumni Research Foundation Reduced graphene oxide-metal oxynitride aerogel electrodes
CN107128895B (zh) * 2017-05-31 2019-05-28 中南林业科技大学 一种高强度网络结构纳米载体材料的制备方法
JP2021518253A (ja) * 2018-03-14 2021-08-02 デシカント・ローターズ・インターナショナル・プライヴェート・リミテッド 有機金属構造体（ｍｏｆ）、共有結合性有機構造体（ｃｏｆ）、及びゼオライトイミダゾレート構造体（ｚｉｆ）をインサイチュ合成するための方法、並びにそれらの用途
CN111375356B (zh) * 2018-12-28 2023-06-02 香港科技大学 独立式金属有机骨架气凝胶及其制备

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105566659A (zh) * 2015-12-25 2016-05-11 郑州轻工业学院 一种氧化石墨烯/纳米纤维素气凝胶及其制备方法和应用
WO2018065555A1 (en) * 2016-10-06 2018-04-12 Immaterial Labs Ltd Metal-organic frameworks, methods for their manufacture and uses thereof
CN106920696A (zh) * 2017-04-18 2017-07-04 北京理工大学 纳米杂化气凝胶超级电容器电极材料及其制备方法和应用
CN107681142A (zh) * 2017-09-29 2018-02-09 合肥工业大学 一种用作锂离子电池负极材料的二硫化钼包覆碳纳米纤维及其制备方法
CN107973283A (zh) * 2017-11-01 2018-05-01 华南理工大学 一种弹性碳气凝胶及其制备方法和应用
CN109133014A (zh) * 2018-06-13 2019-01-04 青岛大学 一种CoN3@N-C复合电催化剂的制备方法
CN109222227A (zh) * 2018-07-20 2019-01-18 河南中烟工业有限责任公司 一种ZIF-Zn@多孔淀粉复合材料、其制备方法及在卷烟中的应用
CN109354137A (zh) * 2018-11-27 2019-02-19 浙江工业大学 碳纳米管/mof衍生多孔碳复合电极材料的制备及应用
CN112691645A (zh) * 2020-12-23 2021-04-23 山东省科学院新材料研究所 一种碳气凝胶/金属有机骨架复合材料及其制备方法和在气体存储中的应用
CN113120879A (zh) * 2021-04-25 2021-07-16 桂林理工大学 一种碳气凝胶材料及其制备方法与应用
CN113410481A (zh) * 2021-06-21 2021-09-17 浙江工业大学 一种Co原子掺杂多面体MOFs材料及其制备方法和应用

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
纳米纤维素复合气凝胶超级电容器的制备与性能;林东瀚等;造纸科学与技术(01);31-38 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN114195122A (zh) 2022-03-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Chen et al. Biomass based N-doped hierarchical porous carbon nanosheets for all-solid-state supercapacitors
Qing et al. Boosting the supercapacitor performance of activated carbon by constructing overall conductive networks using graphene quantum dots
Luo et al. A review on biomass-derived activated carbon as electrode materials for energy storage supercapacitors
Ye et al. Nitrogen and oxygen-codoped carbon nanospheres for excellent specific capacitance and cyclic stability supercapacitor electrodes
Shi et al. A porous biomass-based sandwich-structured Co3O4@ Carbon Fiber@ Co3O4 composite for high-performance supercapacitors
Zhang et al. Hierarchically porous carbon foams for electric double layer capacitors
Zhao et al. Facile synthesis of interconnected carbon network decorated with Co3O4 nanoparticles for potential supercapacitor applications
Zuo et al. Bacterial cellulose-based sheet-like carbon aerogels for the in situ growth of nickel sulfide as high performance electrode materials for asymmetric supercapacitors
Wang et al. Promising biomass-based activated carbons derived from willow catkins for high performance supercapacitors
Zhang et al. Recent advances in porous graphene materials for supercapacitor applications
Ruan et al. Biomass-derived carbon materials for high-performance supercapacitor electrodes
Li et al. β‐Ni (OH) 2 Nanosheet Arrays Grown on Biomass‐Derived Hollow Carbon Microtubes for High‐Performance Asymmetric Supercapacitors
Shi et al. A novel porous carbon material derived from the byproducts of bean curd stick manufacture for high-performance supercapacitor use
Wang et al. Preparation of MnO2/carbon nanowires composites for supercapacitors
Wang et al. Hydrothermal synthesis of manganese oxide encapsulated multiporous carbon nanofibers for supercapacitors
CN109637829B (zh) 一种通过海藻酸钠与二胺类化合物交联制备氮掺杂多孔碳的方法
Zhou et al. Polytetrafluoroethylene-assisted N/F co-doped hierarchically porous carbon as a high performance electrode for supercapacitors
Feng et al. Capacitive behavior of glucose-derived porous activated carbon with different morphologies
Liu et al. Nitrogen-doped microporous carbon coated on carbon nanotubes for high performance supercapacitors
Song et al. Metal-organic frameworks-derived carbon modified wood carbon monoliths as three-dimensional self-supported electrodes with boosted electrochemical energy storage performance
Yan et al. Construction of hierarchical porous derived from the cellulose nanofiber/graphene/Zn/Co ZIF 3D conductive carbon aerogels for high-performance supercapacitors
Xu et al. Facile hydrothermal synthesis of tubular kapok fiber/MnO 2 composites and application in supercapacitors
Chen et al. Ingenious preparation of N/NiOx co-doped hierarchical porous carbon nanosheets derived from chitosan nanofibers for high-performance supercapacitors
Yang et al. Facile construction of hierarchically porous carbon nanofiber aerogel for high-performance supercapacitor
Tang et al. Enhancement in electrochemical performance of nitrogen-doped hierarchical porous carbon-based supercapacitor by optimizing activation temperature

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
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant