[发明专利]Mn3

说明书

本发明提供了Mn₃O₄功能化N/P共掺杂碳片嵌入的3D碳泡沫复合材料及其制备方法与应用，制备方法包括：步骤1.将三聚氰胺泡沫完全浸渍在含有生物质质子盐[Chit][H₂PO₄]和Mn(NO₃)₂的混合溶液中；在混合溶液中，摩尔比[Chit][H₂PO₄]:Mn(NO₃)₂＝5～20:1；步骤2.将浸渍后的三聚氰胺泡沫干燥后置于管式炉以一定的升温速率，升温至700℃～1000℃热解一段时间，随后自然冷却至200℃～320℃，并在空气氛围中维持一段时间，即可得到3D碳泡沫复合材料。本方法具有工艺简单、适用性广、效率高等优点，可制备具有丰富3D多孔结构、高比表面积、高比电容和优异机械性能的复合材料。

技术领域

本发明属于复合材料领域，具体涉及一种Mn₃O₄功能化N/P共掺杂碳片嵌入的3D碳泡沫复合材料，以及该复合材料的制备方法与应用。

技术背景

杂原子摻杂碳材料/过渡金属氧化物(CO₃O₄、MnO₂、Mn₃O₄、NiO和RuO₂) 复合材料由于丰富的孔隙结构、优异的稳定性、大的表面积、高的比电容等优异特性，已经被广泛应用于超级电容器领域。杂原子(N，S，O，B和P)取代碳材料骨架中碳原子，可调节电子的性质并提供更多的活性位点，对超级电容器电极材料的电导率、润湿性和赝电容具有重要影响。研究发现，多个杂原子掺杂对碳材料的电化学性质的协同效应优于单个杂原子摻杂。然而，当前用于制备杂原子掺杂碳材料的许多化学和物理方法，如氨处理，化学气相沉积等等，仍然存在一些缺点，主要有：设备复杂，合成过程长，制备的碳材料机械性能差，大量的普通间隙孔不利于离子和电子的输运。近年来，由于3D互连网络结构以及优异的柔性特性，杂原子掺杂碳泡沫成为研究焦点。目前，通过直接热解廉价的商业三聚氰胺泡沫得到的杂原子掺杂碳泡沫，其3D互连网络结构有利于快速离子传输和活性无机组分的生长，并且还具有制备工艺的优势，在柔性储能电极材料领域极具潜力。

金属氧化物与杂原子掺杂碳材料复合可发生快速可逆的法拉第氧化还原反应提供高的比电容。Mn₃O₄由于具有良好的环境相容性、低成本、丰富的自然资源以及较大的比电容，在赝电容电极材料中有着巨大的潜力。但是，由于Mn₃O₄导电性差(10^-5～10^-6s cm^-1)，稳定性相对较低，润湿面积小，阻碍了其在高性能超级电容器中的应用。因此，设计优异的电极的微结构来提高Mn₃O₄的导电率和利用率，保持高电解质渗透/扩散速率，以提高其电化学性能是非常关键的策略。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种Mn₃O₄功能化N/P 共掺杂碳片嵌入的3D碳泡沫复合材料及其制备方法与应用，具有工艺简单、适用性广、效率高等优点，可制备具有丰富3D多孔结构、高比表面积、高比电容以及优异机械性能杂原子摻杂碳泡沫/过渡金属氧化物复合材料。

本发明为了实现上述目的，采用了以下方案：

制备方法