[发明专利]一种复合碳纳米管材料及其制备方法和应用有效

专利信息
申请号: 201910404608.3 申请日: 2019-05-16
公开(公告)号: CN110197769B 公开(公告)日: 2021-12-14
发明(设计)人: 洪旭佳;李国辉;蔡跃鹏;李美玲;胡润泽 申请(专利权)人: 华南师范大学
主分类号: H01G11/30 分类号: H01G11/30;H01G11/36;H01G11/38;H01G11/24;H01G11/86
代理公司: 广州专理知识产权代理事务所(普通合伙) 44493 代理人: 谭昉
地址: 510006 广东省广州*** 国省代码: 广东;44
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摘要:
搜索关键词: 一种 复合 纳米 材料 及其 制备 方法 应用
【说明书】:

发明的目的在于提供一种复合碳纳米管材料及其制备方法和应用,将碳基材料和过渡金属化合物复合,研制出一种新型的复合材料,属于电化学新材料的技术领域,制备方法包括如下步骤:1)取TATAT、Ni(NO3)2•6H2O、碳纳米管、DMF以及去离子水混合,超声搅拌之后进行微波反应以及高温回流,最后洗涤、烘干得到Ni‑MOF‑CNT复合材料;2)取步骤1)制得的Ni‑MOF‑CNT复合材料在高温下煅烧,冷却后得到NC‑Ni‑CNT复合材料;3)取步骤2)制得的NC‑Ni‑CNT复合材料和硫代乙酰胺混合,超声搅拌之后密封、进行水热反应,反应结束之后冷却、洗涤、干燥得到NC‑Ni3S4‑CNT复合材料;与碳基超级电容器和赝电容电容器相比较,这种复合材料可以实现更高的比电容、库伦效应、更好的循环稳定性和更优异的能量密度。

技术领域

本发明属于电化学新材料的技术领域,特别是涉及一种应用于电极材料的复合碳纳米管材料及其制备方法和应用。

背景技术

燃料电池、锂离子电池和超级电容器被认为是最具有发展前景的能源存储技术。其中超级电容器(Super capacitors)是一种介于传统电容器和二次电池之间又同时兼备二者特点的新型储能装置,不仅具有高的功率密度,而且充放电时间快,安全性能高,成本低廉,环境友好,所以在国防领域和民用都有着广泛的用途,被认为是21世纪最有潜力的新环保型能源。超级电容器已经成功运用在新能源汽车领域,如:混合动力汽车和纯电动汽车,与锂离子电池搭配使用,实现了性能稳定、节能环保的混合型动力汽车电源。

随着超级电容器的研究发展,其潜在的缺点不断的显现出来,如:比电容低,能量密度低,导电性差等,是超级电容器实现进一步发展面临的一大挑战。为了提高超级电容器的性能,一个有效策略就是研究开发新型的超级电容器电极材料。碳基材料由于具有大的比表面积,优异的导电性和稳定性等优点是目前超级电容器常用的电极材料。然而,碳基材料的电容贡献主要产生于带电粒子在其表面发生的物理吸脱附,存在比电容和能量密度较低的缺点。过渡金属化合物具有较高的理论比容量和丰富的氧化还原活性位点,近几年逐渐成为超级电容器电极材料的研究热点。然而,其电化学导电性较弱,循环稳定性能差,需要进一步设计改善其性能。例如Min等使用模板化自组装方法煅烧制备出平行排列的NiO分级纳米结构,在电流密度为2A g-1时得到了418F g-1的比电容。Zhai等通过合成磷酸根离子官能化的Co 3O 4超薄纳米片作为用于赝电容器的先进电极材料,并得到了高达1716F g-1的比电容,同时具有很好的循环稳定性。然而这类过渡金属氧化物导电性较差导致倍率性能无法提高,且电化学稳定性较差。

金属有机框架材料(MOFs)作为一种无机-有机杂化的多孔功能材料,具有高的比表面积、可调的孔道结构等优点。另外,在传统的合成方法中,电极材料的金属活性位点较为无序、易扎堆,导致反应动力学不足。

发明内容

针对以上所述问题,本发明的目的提供一种复合碳纳米管材料及其制备方法和应用,将碳基材料和过渡金属化合物复合,研制出一种新型的复合材料。

本发明的技术内容如下:

本发明提供的一种复合碳纳米管材料,其为碳纳米管材料、氮掺杂碳包覆Ni3S4联结的复合材料NC-Ni3S4-CNT。

本发明还提供上述复合碳纳米管材料的制备方法,包括如下步骤:

1)Ni-MOF-CNT复合材料的制备:取TATAT、Ni(NO3)2·6H2O、碳纳米管、DMF以及去离子水混合,超声搅拌之后进行微波反应以及高温回流,最后洗涤、烘干得到Ni-MOF-CNT复合材料;

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