[发明专利]一种氧化钴-芦荟衍生多孔层碳复合电极材料及其合成方法与应用

说明书

本发明公开了一种氧化钴‑芦荟衍生多孔层碳复合电极材料及其合成方法与应用，属于纳米电极材料领域。其是以芦荟凝胶作为碳源，以硝酸钴作为钴源，经过水热反应，在芦荟凝胶颗粒表面原位生长氧化钴颗粒，得到复合物。最后将复合物碳化活化，从而获得一种氧化钴‑芦荟衍生多孔层碳复合电极材料。本发明的合成方法简单，所得产物形貌均匀、比表面积大，结合了生物质材料大比表面积和分层多孔结构的优势，且引入了杂原子形成赝电容，使其应用于制作超级电容器的电极时具有更好的电化学性能和电化学稳定性，适用于能量转换和存储等领域。

技术领域

本发明属于纳米电极材料领域，具体涉及一种氧化钴-芦荟衍生多孔层碳复合电极材料及其合成方法与应用。

背景技术

超级电容器作为一种兼有传统电容器与二次电池优点的新型储能器件，具有高于传统电容器的能量密度，以及相较于二次电池更加优异的功率密度和循环寿命，有望广泛应用在能量转化、航天系统、通讯工程以及微电子器件等领域。从能量存储机理来看，超级电容器主要有：以碳相关材料做电极的双电层电容器，其依靠在电极/电解液表面的电荷分离存储能量；以聚合物、金属氧化物做电极，依靠电极在电解液中的法拉第反应来存储能量的赝电容器。然而，超级电容器具有低能量密度(低于5Wh·kg^-1)的缺点，这对于超级电容器工业的发展是一个具有挑战性的问题。电极材料的研究是提升超级电容器电化学性能的一个关键途径。

发明内容

本发明提供了一种氧化钴-芦荟衍生多孔层碳复合电极材料及其合成方法与应用，通过将生物质前体与其他含杂原子的前体混合处理，得到富含杂原子的生物质衍生碳，以使其作为超级电容器的电极材料时，超级电容器具有更大的电容量、更长的使用寿命以及良好的导电性能和倍率性能。

为实现本发明目的，本发明采用如下技术方案。

本发明提供了一种氧化钴-芦荟衍生多孔层碳复合电极材料的合成方法，包括以下步骤：以芦荟凝胶作为碳源，以硝酸钴作为钴源，经过水热反应，在所述芦荟凝胶表面原位生长氧化钴，得到复合物；将所述复合物碳化，获得所述氧化钴-芦荟衍生多孔层碳复合电极材料。

进一步地，所述复合物通过如下步骤得到：

S1，获取芦荟凝胶，加入硝酸钴，混合均匀，得到混合物；

S2，在所述混合物中加入水，置于高压反应器中加热进行水热反应，反应结束后，冷却、清洗、干燥后得到所述复合物。

进一步地，所述符合物的碳化步骤包括：

S3，对所述复合物进行清洗，然后进行干燥、无氧碳化，获得所述氧化钴-芦荟衍生多孔层碳复合电极材料；其中，清洗过程为用水清洗，或者用乙醇和水清洗。

进一步地，步骤S1中：所述芦荟凝胶由芦荟叶去除表皮后得到；所述硝酸钴按照与所述芦荟凝胶的干燥产物的质量比为1:1～2:1加入；其中，所述芦荟凝胶的干燥产物按照以下步骤获得：将所述芦荟凝胶切成小块，在100～140℃下烘烤6～8h得到。

进一步地：步骤S2中，水热反应的温度为160～200℃，时间为10～14h。

进一步地：步骤S3中，所述复合物进行无氧碳化的温度为600～800℃，时间为40～60min。

本发明还提供了一种氧化钴-芦荟衍生多孔层碳复合电极材料，根据所述的氧化钴-芦荟衍生多孔层碳复合电极材料的合成方法合成得到，包括碳化的芦荟凝胶以及附着在所述碳化的芦荟凝胶上的氧化钴，应用于制备超级电容器的电极。

本发明的有益效果体现在：

1、合成方法简单，以生物质作为电极基材，原料丰富、环境友好、价格低廉。利用原位生长的方式将钴掺杂到生物质材料中，所得产物形貌均匀、比表面积大。