[发明专利]一种Fe3O4/C3N4复合材料及其制备方法

说明书

本发明公布了一种Fe₃O₄纳米棒/石墨型C₃N₄功能复合材料及其制备方法，首先通过直接煅烧就制备g‑C₃N₄，再通过一步水热法合成出复合材料，具有很高的商业化可行性。其中Fe₃O₄纳米棒直径为50nm，均匀地分布在片层状g‑C₃N₄表面，表现出良好的电化学性能，为1D/3D材料在能源存储领域的应用有一定参考价值。本发明的优点在于成本较低，制备工艺简单，环境友好无污染，可量化生产。所制备出的Fe₃O₄纳米棒/g‑C₃N₄功能复合材料表现出良好的电化学性能，在超级电容器等能量存储设备和电极材料领域有很大的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种Fe₃O₄纳米棒/石墨型C₃N₄(g-C₃N₄)功能复合材料的制备方法及其在能源存储领域的应用。通过简单的水热法一步制备出了Fe₃O₄纳米棒 /g-C₃N₄功能复合材料。该方法制备步骤简单，拥有良好的电化学性能，作为超级电容器、锂离子电池的电极材料在新型能源存储装置领域有很好的应用前景。

背景技术

随着科学发展与技术进步，人们对能源存储装置要求越来越高，超级电容器作为一种新型的能源存储装置拥有高的能量密度和功率密度，受到越来越多的关注，但是其性能依然有很大的改善空间。而电极材料是决定超级电容器性能的最主要因素，因此目前大量的研究者致力于改善电极材料的性能。

超级电容器电极材料主要有碳材料、金属氧化物和导电聚合物。碳材料利用非法拉第的静电过程提供双电层电容，拥有比表面积高、电导率高、循环寿命高等优点，引起广泛的关注和研究。但是其与电解液的接触情况有待改善，而电极材料与电解液的有效接触将增大材料的有效比表面积，进而改善电极材料的电化学性能。g-C₃N₄作为一种新型的类石墨电极材料，拥有独特的结构和良好的化学稳定性，同时氮原子可以有效改善电极材料在电解液中的润湿性，开始受到越来越多的关注。

金属氧化物依靠表面快速可逆的氧化还原反应提供赝电容，可以显著提高材料的电容量。但是其固有电阻高，在长时间的充放电过程中拥有较大的体积变化，影响了它的机械性能和循环稳定性。

g-C₃N₄单独作为超级电容器电极材料时由于其电导率较低、比表面积较小，电化学性能较差。通过与Fe₃O₄纳米棒复合，组成1D/3D复合材料，可以有效地克服两者的固有缺陷，增强材料的电容量，改善材料的电化学性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种复合形式良好的1D/3D复合材料形貌。通过这种形貌，改善g-C₃N₄较低的比容量以及Fe₃O₄在充放电过程中较大的体积变化所导致的较差的稳定性，提高材料的电化学性能。

本发明中的Fe₃O₄纳米棒/g-C₃N₄复合材料具有稳定的结构。Fe₃O₄纳米棒直径为50nm，均匀分散在g-C₃N₄片层表面。如图1所示。