[发明专利]一种碳点/壳聚糖/二氧化锰储能材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种碳点/壳聚糖/二氧化锰储能材料及其制备方法。以碳点/壳聚糖复合物与高锰酸钾水溶液作为电沉积液，采用阴极电沉积技术在泡沫镍电极上电沉积碳点/壳聚糖/二氧化锰电沉积层，从而直接在泡沫镍电极上构建得到所述储能材料。本发明利用电沉积技术具有可控性和选择性、操作简单、条件温和等优点，在电沉积过程中，以碳点/壳聚糖/高锰酸钾溶液为电沉积液，整个电沉积过程安全可控，在短时间内就可以在泡沫镍上电沉积得到碳点/壳聚糖/二氧化锰储能材料。同时由于碳点的作用，提高了电容器的比电容，具有较好的充放电效率和比电容。

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种碳点/壳聚糖/二氧化锰储能材料的制备方法。

背景技术

电沉积技术可以通过电信号刺激触发具有刺激响应性的生物大分子的组装，该技术为微电子技术和生物技术的结合提供了机遇。值得注意的是，电沉积技术能够提供具有选择性和可控性的方法来引发刺激响应性生物大分子的组装，并在金属电极或导电基材表面形成生物大分子电沉积层，从而构建各种新型生物电子器件和功能材料。目前，具有pH刺激响应性溶胶-凝胶转变性能的壳聚糖是一种被广泛应用于电沉积技术的生物大分子材料。在壳聚糖的电沉积过程中，当施加一定电压时，在电极表面会发生电化学反应，使得溶液中阴极附近的壳聚糖分子链去质子化而发生溶胶-凝胶转变，从而在电极表面电沉积形成壳聚糖凝胶膜[Biofabrication,2010,2(2):022002]。

碳点是一种新型的荧光碳纳米材料，具备低毒性、生物相容性好、绿色环保等特性，还兼具荧光稳定性好、制备原料来源广泛、合成工艺简单等诸多优点[Sensors andActuators B:Chemical,2017,248:92-100]。碳点具有独特的比表面积和导电性，被认为是一种具有优异电性能的纳米材料。目前，已有一些关于碳点储能材料方面的研究。例如，Ghosh等人将碳点表面接枝到聚苯胺链上，通过电化学测试发现共价连接的碳点/聚苯胺显示出显着更高的比电容值[Journal of Materials Chemistry A,2018,6(15):189-197]。Zhou等人将碳点与采用铁配位的聚吡咯进行掺杂得到的复合物，设计为超级电容器的活性电极材料，有效提高其电化学性能[Journal ofSolid State Electrochemistry,2018,22(8):2515–2529]。上述研究表明，碳点具有独特的电化学性能，在储能材料领域具有巨大的应用潜力。

随着社会经济的发展和人口的快速增长，传统的化石能源被快速消耗，人们对清洁能源迫切需求的同时，也促进了不同类型的储能材料及能量存储设备的发展。二氧化锰是一种半导体材料，通过对二氧化锰的微观结构观察，发现其非常适合做储能材料[Nanotechnology,2019,30(23):1-7]。Yin等人通过一步水热氧化聚合方法，制备聚苯乙烯磺酸钠/二氧化锰复合物，用作超级电容器的电极材料，其比电容在电流密度为1A/g时显示出365.5F/g的高电容[Ionics,2019,25(2):685-695]。

利用壳聚糖的电沉积技术，以及碳点独特的电化学性能和二氧化锰的储能特性，构建碳点/壳聚糖/二氧化锰储能材料将在能源材料和超级电容器领域具有良好的应用前景。然而，目前关于利用电沉积技术构建碳点/壳聚糖/二氧化锰储能材料的方法未见相关文献和专利报道。

发明内容

本发明目的在于利用碳点独特的电化学性能和二氧化锰的储能特性，采用电沉积技术一步构建碳点/壳聚糖/二氧化锰储能材料。该方法具有制备条件温和、操作简单、可控性好、绿色环保、可重复性好等优点，所得储能材料将在能源材料和超级电容器领域具有良好的应用价值。

为达到上述目的，采用技术方案如下：

一种碳点/壳聚糖/二氧化锰储能材料，以碳点/壳聚糖复合物与高锰酸钾水溶液作为电沉积液，采用阴极电沉积技术在泡沫镍电极上电沉积碳点/壳聚糖/二氧化锰电沉积层，从而直接在泡沫镍电极上构建得到一种碳点/壳聚糖/二氧化锰储能材料。