[发明专利]一种以马尼拉草为碳源的复合电极材料的制备及其应用

说明书

一种以马尼拉草为碳源的复合材料的制备方法，其包括：S1、将马尼拉草干燥后切段，置于真空环境下碳化得到多孔碳材料；S2、将所述多孔碳材料浸于钴源溶液中进行超声处理使其相互浸润，得到混合溶液；其中，所述钴源溶液为含钴化合物的水溶液，所述含钴化合物选自硝酸钴、氯化钴或草酸钴中的一种或多种；S3、将所述混合溶液转移到高压反应釜中进行溶剂热反应，反应产物经过滤、洗涤、干燥后，冷却得到复合材料。本发明还涉及由上述方法制备得到的以马尼拉草为碳源的复合材料及其在超级电容器中的应用。本发明提供的以马尼拉草为碳基负载的复合材料具有优异的电化学性能，在储能、转化、催化剂和其它相关应用领域具有很大的应用前景。

技术领域

本发明涉及超级电容器领域，且特别涉及一种以马尼拉草为碳源的复合材料、制备方法及其应用。

背景技术

马尼拉草(又名沟叶结缕草)为禾本目、结缕草属多年生草本。马尼拉草的主要成分为纤维素，清洁干燥后其微观形貌呈多孔状。天然马尼拉草纤维光滑、柔软和机械性能优良，具有高比表面积和大孔体积等结构特点。

过渡金属氧化物(TMO)及其复合材料由于具有高理论比电容被认为是理想的赝电容电极材料。因为它们可以形成具有大的表面积纳米结构和丰富的氧化态，能实现有效的界面氧化还原过程的电荷转移。近年来，通过复制棉花、高粱秆和木材等天然物种的精细微纳结构，研究者们报道了几种具有特殊形貌的Co₃O₄基电极材料。其中有大部分电极材料传质能力较为薄弱，与电解质的界面较小；且大部分为致密/块状，缺乏有效的电荷输送通道且易自聚，从而限制了它们潜在高性能的大规模实际应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种以马尼拉草为碳源的复合材料，此复合材料具有优异的电化学性能。

本发明的另一目的在于提供一种以马尼拉草为碳源的复合材料的制备方法，该方法成本低，简单易行。

本发明的又一目的在于提供一种以马尼拉草为碳源的复合材料在超级电容器中的用途。

本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。

本发明提出一种以马尼拉草为碳源的复合材料的制备方法，其包括：

S1、将马尼拉草干燥后切段，置于真空环境下碳化得到多孔碳材料；

S2、将所述多孔碳材料浸于钴源溶液中进行超声处理使其相互浸润，得到混合溶液；其中，所述钴源溶液为含钴化合物的水溶液，所述含钴化合物选自硝酸钴、氯化钴或草酸钴中的一种或多种；

S3、将所述混合溶液转移到高压反应釜中进行溶剂热反应，反应产物经过滤、洗涤、干燥后，冷却得到复合材料。

进一步地，在本发明较佳实施例中，在步骤S1中，马尼拉草的切段长度为3-5mm。

进一步地，在本发明较佳实施例中，在步骤S1中，碳化过程具体包括：

将切段后的马尼拉草置于坩埚中，将坩埚转移至马弗炉内，在500-800℃下碳化反应0.5-1.5h后取出。

进一步地，在本发明较佳实施例中，所述钴源溶液的浓度为0.01-0.1mol/L，混合溶液中所述孔碳材料与所述含钴化合物的质量比例为1:0.1-1。

进一步地，在本发明较佳实施例中，所述含钴化合物为六水合硝酸钴。

进一步地，在本发明较佳实施例中，超声处理时间为10-30min。

进一步地，在本发明较佳实施例中，在溶剂热反应过程中，加入有机溶剂，然后升温至150-180℃下反应1.5-3h，其中，升温速度为2-5℃·min^-1。