[发明专利]一种铜负载海藻酸钠碳气凝胶及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种铜负载海藻酸钠碳气凝胶及其制备方法和应用，其通过将海藻酸钠溶液和硝酸铜溶液混合，利用海藻酸钠能与多价金属离子螯和的性质，制备出海藻酸钠水凝胶，然后冷冻干燥，得到海藻酸钠气凝胶，再高温碳化得到铜负载海藻酸钠碳气凝胶，本发明利用碳气凝胶的多孔性和铜单质的均匀负载，可使该材料产生较高的比电容，可用于制备超级电容器的电极材料。

技术领域

本发明涉及一种铜负载海藻酸钠碳气凝胶及其制备方法和应用，属于碳气凝胶材料制备领域。

背景技术

碳气凝胶是一种新型的轻质多孔材料，因其具有稳定性好、孔隙率高、比表面积大、导电率高及较多的物质及电子传输孔道的特点，广泛应作催化剂载体、储氢材料、吸附材料及超级电容器或锂离子电池的电极材料等。

海藻酸钠是从褐藻中提取出来的自然界中广泛存在的天然高分子多糖聚合物。在《基于海藻酸钠的碳气凝胶材料》中披露了以海藻酸钠和石墨烯为原料，引入金属前驱体，制备氮掺杂金属碳气凝胶复合材料的技术方案，其材料具有特殊的“壳-核”结构，在提高ORR性能上有重要作用。

目前尚未见对于铜负载海藻酸钠碳气凝胶的制备以及应用研究的相关报道。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种铜负载海藻酸钠碳气凝胶，并同时提供其操作简便的制备方法和其在电极材料方面的应用。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：

技术主题一

本发明提供了一种铜负载海藻酸钠碳气凝胶，其比表面积为150~300 m²/g，比电容能达到200~500 F/g。

进一步地，其具体通过如下步骤制备：

（1）配制质量分数为0.5~3%的海藻酸钠溶液和质量分数为2~8%的铜盐溶液；

（2）将铜盐溶液倒入海藻酸钠溶液中，得到海藻酸钠水凝胶，静置1~2小时，用去离子水洗涤；

（3）将步骤（2）得到的海藻酸钠水凝胶冷冻干燥得到气凝胶；

（4）将步骤（3）得到的气凝胶在氮气气氛下碳化，得到碳气凝胶。

技术主题二

本发明提供一种如技术主题一中所述的铜负载海藻酸钠碳气凝胶的制备方法，具体包括如下步骤：

（1）配制质量分数为0.5~3%的海藻酸钠溶液和质量分数为2~8%的铜盐溶液；

（2）将铜盐溶液倒入海藻酸钠溶液中，得到海藻酸钠水凝胶，静置1~2小时，用去离子水洗涤；

（3）将步骤（2）得到的海藻酸钠水凝胶冷冻干燥得到气凝胶；

（4）将步骤（3）得到的气凝胶在氮气气氛下碳化，得到碳气凝胶。

进一步地，所述步骤（1）中的铜盐溶液选自硝酸铜、硫酸铜、氯化铜或乙酸铜。

进一步地，所述步骤（1）中的海藻酸钠溶液的质量分为1%，所述步骤（1）中的铜盐溶液为硝酸铜溶液，质量分数为2.5%。

进一步地，所述步骤（1）中海藻酸钠溶液和铜盐溶液的质量比为1:1~3。

进一步地，所述步骤（3）中冷冻干燥的时间为48~72h，温度为-50~-80℃。

进一步地，所述步骤（4）中保护气氛选自氦气、氖气、氩气和氮气中的一种或两种以上的组合。