[发明专利]一种上转换组装体及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种上转换组装体及其制备方法与应用，制备方法，包括如下步骤：以上转换纳米颗粒的有机溶液作为油相，以表面活性剂水溶液作为水相，通过乳化形成水包油的乳液液滴，将乳化体系加热，使有机溶剂挥发，使纳米颗粒自组装形成介孔组装体；将介孔组装体碳化，形成上转换组装体。上转换介孔组装体原位碳化，表面的表面活性剂层碳化形成了超薄的导电碳层，增强其导电性，既打通了电荷传输的通道，又可以提高电解质的浸润能量；同时，碳化之后的颗粒之间相互孤立且相互交联，促进电子在超晶体材料中的输运。

技术领域

本发明涉及新材料技术领域，具体涉及一种上转换组装体及其制备方法与应用。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

目前，化石能源日渐消耗殆尽的同时还带来严重的环境污染和温室效应，促使世界各国开始重视开发和利用可持续和可再生能源，如太阳能，风能和潮汐能等，这些不稳定的电能难以并入电网，需要先存储起来。这些需求刺激了电化学储能设备的发展。电化学储能设备，如铅酸电池，燃料电池，锂离子电池和超级电容器(或称电化学电容器)等是当前应用最为广泛的几种电化学储能设备。其中，超级电容器，又名电化学电容器，其能量密度和功率密度介于传统电容器和电池之间，同时还具有功率密度高，快速充放电(数秒至数分钟)和长循环寿命等优点。然而，其相对较低的比容量和能量密度是限制其应用的最大难题之一。因此，设计和合成具有优异电化学性能的超级电容器成为当前研究的重要方向。

为了提高超级电容器的能量密度，可以从多个角度入手。首先，选择高性能的电极材料。其次，构筑非对称超级电容器，有助于提高器件的工作电压和能量密度。第三，缩小电极之间的宽度，可以提高电极的面积占比，缩短电极之间离子传输距离。第四，通过构筑三维叉指状电极以增加活性材料的沉积量。在这四种方法中，只有第一种方法可以从根本上来提高超级电容器的能量密度，又因为电极材料是超级电容器的核心组成部分，所以对于电极材料的选择是至关重要的。在过去的几十年里，各种电极材料如碳、金属、过渡金属氧化物、导电高分子等被广泛用于制造超级电容器。但是目前缺失一种研究电极材料的构效关系的理想模型体系。

发明内容

针对上述现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是提供一种上转换组装体及其制备方法与应用。

为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：

第一方面，本发明提供一种上转换组装体的制备方法，包括如下步骤：

以上转换纳米颗粒的有机溶液作为油相，以表面活性剂水溶液作为水相，通过乳化形成水包油的乳液液滴，将乳化体系加热，使有机溶剂挥发，使纳米颗粒自组装形成介孔组装体；

将介孔组装体碳化，形成碳化的上转换组装体。

第二方面，本发明提供所述上转换组装体的制备方法制备得到的上转换组装体。

第三方面，本发明提供所述上转换组装体在构筑柔性、全固态、非对称的超级电容器方面的应用。

第四方面，本发明提供一种超级电容器，其电极材料中含有所述上转换组装体。

与现有技术相比，本发明的以上一个或多个实施例取得的有益技术效果为：

(1)上转换介孔组装体原位碳化，表面的油酸配体分子和表面活性剂层碳化形成了超薄的导电碳层，增强其导电性，既打通了电荷传输的通道，又可以提高电解质的浸润能量；同时，碳化之后的颗粒之间相互孤立且相互交联，促进电子在超晶体材料中的输运。

(2)该介孔结构在配体碳化过程中保持完整，由于其具有有序、介孔的结构，而且有大的表面积和高的导电性，从而保证其具有较高的比电容量、较好的循环稳定性和倍率性能。