[发明专利]一种超级电容器用MnO2

权利要求书

1.一种超级电容器用MnO₂纳米带/氮掺杂石墨烯气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于，所述的复合材料中MnO₂纳米带均匀且原位水平生长在氮掺杂石墨烯气凝胶上，所述MnO₂的晶型为α-MnO₂，所述MnO₂纳米带的长度为400~600 nm，宽度为40~50 nm，厚度为8~12 nm；

其制备方法，包括步骤如下：

(1) 向氧化石墨烯分散液中加入Tris-HCl缓冲溶液，之后加入氮源，混合均匀后，进行水热反应；反应完成后，经洗涤、冷冻干燥、热处理后，得到氮掺杂石墨烯气凝胶；

(2) 将氮掺杂石墨烯气凝胶加入KMnO₄溶液中进行吸附，经洗涤得到吸附有KMnO₄的氮掺杂石墨烯气凝胶；所述的KMnO₄溶液的浓度为2~5 mg mL^-1；所述的KMnO₄溶液中KMnO₄与氮掺杂石墨烯气凝胶的质量比为4~5:1；

(3) 将吸附有KMnO₄的氮掺杂石墨烯气凝胶加入MnSO₄溶液中，进行反应；经洗涤、冷冻干燥，得到MnO₂纳米带/氮掺杂石墨烯气凝胶复合材料；所述的MnSO₄溶液的浓度为3~4 mgmL^-1；所述的MnSO₄溶液中的MnSO₄与KMnO₄溶液中的KMnO₄的质量比为1.2~1.5:1；所述的反应温度为40~90 ℃；反应时间为10~30 min。

2. 根据权利要求1所述的MnO₂纳米带/氮掺杂石墨烯气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述的氧化石墨烯分散液的浓度为4~20 mg mL^-1；所述的Tris-HCl缓冲溶液的浓度为0.1 mol L^-1，pH为8.5；所述的Tris-HCl缓冲溶液与氧化石墨烯分散液的体积比为1~9:1。

3. 根据权利要求2所述的MnO₂纳米带/氮掺杂石墨烯气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述的氧化石墨烯分散液的浓度为5~7 mg mL^-1。

4.根据权利要求1所述的MnO₂纳米带/氮掺杂石墨烯气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述的氮源为多巴胺、三聚氰胺、壳聚糖、尿素、氨水中的一种或多种；所述的氮源与氧化石墨烯的质量比为1:1~3。

5.根据权利要求1所述的MnO₂纳米带/氮掺杂石墨烯气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述的氮源为多巴胺。

6. 根据权利要求1所述的MnO₂纳米带/氮掺杂石墨烯气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述的水热反应温度为150~200 ℃，水热反应时间为5~20 h；所述的洗涤为使用纯水洗涤3~10次；所述的冷冻干燥为在-60~-70 ℃下冷冻干燥48~84 h；所述的热处理温度为500~800 ℃，热处理时间为3~6 h，热处理气氛为Ar气。

7. 根据权利要求1所述的MnO₂纳米带/氮掺杂石墨烯气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述的吸附为在-0.08~-0.09 MPa抽真空条件下吸附40~80 min；所述的洗涤为使用纯水洗至滤液无色。