[发明专利]一种利用太阳能制备过渡金属氧化物/碳复合材料的方法

说明书

本发明公开了一种利用太阳能制备过渡金属氧化物/碳复合材料的方法。采用不同过渡金属基体（片、网或泡沫）作为载体和金属源，利用淀粉、葡萄糖或蔗糖等等生物质水溶液作为碳源，然后将涂覆生物质薄膜的金属基体置于聚焦太阳光束的焦点处，控制温度和时间，在金属基体表面制备出过渡金属氧化物/碳复合材料。该制备方法简单方便，无需大型贵重仪器，原材料成本低，容易实现不同的合成规模。

技术领域

本发明涉及一种利用太阳能制备过渡金属氧化物/碳复合材料的方法，特别涉及一种在过渡金属基体上制备过渡金属氧化物/碳复合材料的方法。

背景技术

随着社会经济和科学技术的不断发展，对于环境保护的愈加重视与新型能源扩展的需求使得越来越多的学者将目光转向新型绿色的储能器件。加之可再生能源包括太阳能、风能、潮汐能等在实际应用之中都存在间断性的缺点，因此需要高能量密度和高功率密度、高循环稳定性的储能器件。超级电容器具有较高的功率密度、快速充放电和优异的循环稳定性等特点，因此成为最具潜力的储能器件之一。

超级电容器的性能与电极材料的优劣直接相关。电极材料主要包括碳材料（活性炭、介孔碳、碳纳米管等），过渡金属氧化物或氢氧化物（RuO₂、MnO₂、NiO₂、Ni(OH)₂等），导电聚合物等。其中，碳基材料比表面积大、循环稳定性好及循环寿命高；过渡金属氧化物或氢氧化物为赝电容储存机理，比电容量大，而它们的复合材料兼具两种材料的优势，因此制备过渡金属氧化物/碳复合材料成为重要的发展趋势。

目前，主要采用传统的溶剂热法和高温炉热处理的方法来制备过渡金属氧化物/碳复合材料样品，往往制备步骤繁琐，制备的材料主要为粉体，同时需要很大的能耗，因此寻找一种不消耗传统热能与电能的超级电容器材料的制备方法成为促进这类复合材料进一步发展的关键。

发明内容

为了克服上述方法的不足，本发明采用一种简单的制备方法，以过渡金属基体（片、网或泡沫）作为金属源和载体，淀粉、葡萄糖和蔗糖等生物质作为碳源，利用聚焦太阳光束辐照涂覆了生物质的金属基体，同时实现生物质的碳化和金属的氧化，以及这些产物在金属基体表面的负载。制备方法简单方便，原材料成本低、能耗小，因此适合于不同规模的过渡金属氧化物/碳复合材料的制备。

本发明的技术解决方案如下：

以过渡金属基体作为金属源和载体，淀粉、葡萄糖或蔗糖等生物质作为碳源，利用聚焦太阳光束辐照同步实现生物质的碳化和金属的氧化，从而合成过渡金属氧化物/碳复合材料，具体包括如下步骤：

(1)配置生物质溶液；

(2)将生物质溶液涂覆到过渡金属基体表面，然后进行干燥；

(3)利用聚焦的太阳光束对涂覆了生物质的过渡金属基体进行辐照，其中，聚焦太阳光束辐照区的温度稳定在350℃-500℃范围内，辐照时间为0.1-5分钟；

(4)将辐照制备的过渡金属氧化物/碳复合材料在去离子水中清洗，干燥，得到过渡金属氧化物/碳复合材料。

进一步，所述的生物质为淀粉、葡萄糖、蔗糖、果糖、麦芽糖中的一种。

进一步，所述的过渡金属基体为片、网或泡沫金属中的一种。

进一步，所述的过渡金属基体为镍、铜、铁、钛、锰、钴、锌和钼中的一种。

本发明利用过渡金属基体（片、网、泡沫）作为制备镍氧化物/碳复合材料的载体和金属源，生物质作为碳源，成功合成出过渡金属氧化物/碳复合材料。该实验方法简单易控、能耗低、容易实现规模化生产。

附图说明

图1为实施例1中制备的过渡金属氧化物/碳复合材料的扫描电子显微镜（SEM）图片。