[发明专利]一种功能化碳纳米片/WO3

说明书

本发明涉及超级电容器，特指一种功能化碳纳米片/WO3纳米棒复合材料及其制备方法。本发明首先制备出了功能化碳纳米片，然后再水热反应生成功能化碳纳米片/WO₃纳米棒复合材料，该复合材料作为超级电容电极材料表现出优异的电化学性能，且制备工艺简单，作为新型能源材料在超级电容器、锂离子电池等设备领域具有较好的应用前景。

技术领域

本发明涉及超级电容器，特指一种功能化碳纳米片/WO₃纳米棒复合材料及其制备方法。首先制备出了功能化碳纳米片，然后再水热反应生成功能化碳纳米片/WO₃纳米棒复合材料，该复合材料作为超级电容电极材料表现出优异的电化学性能，且制备工艺简单，作为新型能源材料在超级电容器、锂离子电池等设备领域具有较好的应用前景。

背景技术

超级电容器作为一种新型的储能器件，因其较高的循环寿命，以及较大的功率密度和绿色的环境友好性，使其在生产实践中具有巨大的应用。随着科学技术的不断发展，人们对储能材料的能量密度和循环次数的要求逐渐提高，根据超级电容器的双电层理论，电极材料的修饰改性是提高其电化学性能的关键，因此寻找较大比表面积且电化学性能优异的电极材料已经成为人们研究的热点。

碳纳米片具有比表面积大、吸附能力强、反应及催化活性高等优点，独特的二维片状结构提高了电极材料在电解液中的浸润性，促进大量氧化还原反应在活性边缘进行，从而提高超级电容器的比电容。碳纳米片电极材料的电化学性能关键制约因素主要包括比表面积、导电性、孔径及孔径分布，孔体积等。活化方式和条件的不同也可对碳纳米片的孔隙率及电化学性能产生重要的影响。化学活化方式可使碳纳米片表面产生丰富的官能团，其可明显增强电极的表面润湿性，不仅可以使碳材料更容易与其他材料进行复合，而且可以在充放电过程中发生氧化还原反应从而提供额外的赝电容。文献研究表明，改性碳纳米材料在光催化、电解水制氢、锂离子电池、超级电容器等众多能源领域具有重要的应用。

过渡金属氧化物WO₃是一种性能优异的超级电容器电极材料，其所具有的比表面积高、吸附能力强、反应活性高等优点，极大地提高了它在电解液中的浸润度，促进了电化学储能反应的进行，从而提高超级电容器的电化学性能。然而，目前仍存在一些重要因素制约着WO₃在超级电容器中的应用，如半导体材料本身的导电性差、循环过程中材料发生团聚、材料受力发生体积膨胀和收缩而导致结构破坏等问题。现在许多研究集中在通过改性优化和复合来提高WO₃的电化学性能。在复合材料设计方面，常常将WO₃与过渡金属硫化物、导电聚合物、碳材料等复合，以提高的WO₃导电性。纳米材料具有多样微观形貌，可以通过不同的实验方法的优选及对实验条件的调控来实现其形貌控制，目前广泛研究的纳米结构有纳米棒结构、纳米片结构、介孔结构、核壳结构等。对于超级电容器电极材料而言，一维纳米棒与二维纳米片的复合结构具有高比表面积和合适的孔径分布，可以提供丰富的电化学反应活性位点，提高WO₃的导电性，极大地缩短电解液中电子离子的扩散路径，对材料电化学性能的提升起重要作用。

发明内容

本发明的目的是提供一种通过功能化碳纳米片与一维WO₃纳米棒复合所形成的具有稳定的1D/2D复合形貌与良好电化学性能的纳米复合材料。

本发明中的功能化碳纳米片/WO₃纳米棒复合材料，在260cm^-1、740cm^-1和 954cm^-1处有三个明显的WO₃特征峰，在1349cm^-1(D峰)和1581cm^-1(G峰)有两个明显的碳特征峰，如图1。样品微观形貌均匀，一维的WO₃纳米棒均匀分散在功能化碳纳米片的表面，碳纳米片的厚度为20nm，一维WO₃纳米棒的长度为 800nm，如图2。