[发明专利]一种金属催化玉米秸秆衍生碳电极材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种金属催化玉米秸秆衍生碳电极材料的制备方法，属于新能源电子材料技术领域。所得电极材料便宜易得，过程简单，电化学性能优异。其制备步骤如下：将清洗干净的玉米秸秆芯在Ar气氛中300℃进行预碳化；将预碳化产物与0.05 mol/L的FeCl₃·6H₂O掺杂，干燥后将样品与KOH以1：3的比例在700℃下保温1 h；得到的产物用稀盐酸溶液洗涤，干燥后进行制样测试。制备得到的金属催化玉米秸秆衍生碳电极材料，在1 Ag^‑1时，比电容值为430.8 g^‑1，10 A g^‑1时的电容保持率达到了1 Ag^‑1时的74.2％，电化学性能优异。本发明制备得到金属催化秸秆衍生碳电极材料成本低廉、结构稳定、电化学性能优异，具有高的实际应用价值。

技术领域

本发明属于新能源电子材料技术领域，涉及一种金属催化玉米秸秆衍生碳电极材料的制备方法。

背景技术

随着我国过去几十年经济的快速发展，化石燃料被广泛的开采并利用到我国经济建设的各个领域。然而，由于对于化石燃料的无节制的开发及使用，造成自然环境的严重破坏以及全球性的气候变暖，为生态环境造成了不可挽回的损失。因此开发新型的可再生能源储能设备，如太阳能，风能，锂离子电池，超级电容器等被认为是解决化石燃料高污染，高能耗，实现人类可持续发展的有效举措。超级电容器由于具有充放电速率快，比容量高等优点受到了人们的青睐;其中生物质材料由于其分布广泛，便宜易得，因此在电极材料研究领域倍受人们的关注。

玉米秸秆广泛的分布于我国北方广大地区，由纤维素、半纤维素、木质素组成;其中纤维素组成了纤维，半纤维素和木质素作为粘合剂填充在了微细纤维和纤维细胞之间，从而使植物保持直立并具有一定的刚性。玉米秸秆生物质碳是在高温、缺氧条件下由秸秆碳化而成，具有孔隙发达、比表面积大、表面富含有机官能团等特点，同时，原材料丰富、价格便宜，有潜在的应用前景。为了进一步发挥玉米秸秆在超级电容器电极材料方面的应用，我们对其进一步作了研究，以获得更好的电化学性能。（李纯. 玉米秸秆基生物质碳材料的制备及其电化学性能研究[D].吉林大学,2018.）

为了提高玉米秸秆衍生碳电极材料的电化学性能，Li等人通过将玉米秸秆与LiCl/ZnCl ₂混合之后在800 ℃下水热10 h，之后将样品与K₂C₂O₄、CaCO₃以最佳配比加入，800 ℃下碳化2 h，之后分别以HCl和去离子水进行洗涤，所得产物在0.5 A/g的电流密度下，比电容能够达到375 F/g；gao等人将玉米秸秆放入液氮中之后进行冷冻干燥，将样品在Ar气环境下1100 ℃下碳化一小时，所得产物在0.25 A/g的电流密度下比电容能够达到116F/g；Li等人通过将玉米秸秆与K₂C₂O₄、CaCO₃进行混合研磨，之后在300 ℃下进行碳化保温一小时，之后在800 ℃下保温两小时，所得多孔炭材料在0.5 A/g的电流密度下其比电容达到了461 F/g；Wang等人将剪碎的玉米秸秆加入到KCl、NaCl的混合溶液当中浸泡12小时，之后在空气环境下800 ℃下保温三小时进行碳化，样品以盐酸进行洗涤并干燥，所得样品在1A/g的电流密度下比电容为407 F/g。本发明以在农田里找到的玉米秸秆为原料，来源丰富，便宜易得；经过掺杂不同浓度的金属离子，KOH活化，高温碳化等过程后得到的金属离子催化的玉米秸秆衍生碳电极材料作为超级电容器电极材料具有优异的电化学性能，在1 A/g的电流密度下比电容为430.8 F/g，在10 A/g的电流密度下比电容为320 F/g；并且在10 A/g的电流密度下能够保留1 A/g电流密度下比容量的74.2 ％，具有良好的倍率性能。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种具有较高的比电容、循环性能较好的金属催化玉米秸秆衍生碳电极材料的制备方法和应用。

本发明的技术方案如下：