[发明专利]一种复合材料的制备方法和应用

摘要

一种钠离子嵌入的二氧化锰/氮掺杂多孔碳复合材料的制备方法和应用，它涉及一种二氧化锰复合材料的制备方法和应用。本发明的目的是要解决现有二氧化锰作为赝电容型超级电容器的电极材料使用时倍率性差和电容保持率低的问题。方法：一、制备正十二面体的ZIF‑67；二、制备ZIF‑67衍生纳米多孔碳材料；三、复合，得到钠离子嵌入的二氧化锰/氮掺杂多孔碳复合材料。钠离子嵌入的二氧化锰/氮掺杂多孔碳复合材料作为超级电容器的正电极材料使用。本发明可获得一种钠离子嵌入的二氧化锰/氮掺杂多孔碳复合材料。

主权项

1.一种钠离子嵌入的二氧化锰/氮掺杂多孔碳复合材料的制备方法，其特征在于一种钠离子嵌入的二氧化锰/氮掺杂多孔碳复合材料的制备方法是按以下步骤制备的：一、制备正十二面体的ZIF‑67：①、将六水合硝酸钴溶解到甲醇中，得到硝酸钴溶液；步骤一①中所述的六水合硝酸钴的质量与甲醇的体积比为(1g～2g):40mL；②、将2‑甲基咪唑溶解到甲醇中，得到2‑甲基咪唑溶液；步骤一②中所述的2‑甲基咪唑的质量与甲醇的体积比为(1g～3g):40mL；③、将硝酸钴溶液和2‑甲基咪唑溶液混合，再在室温和搅拌速度为500r/min～900r/min下搅拌反应15h～25h，再进行真空抽滤，收集固体物质；使用无水乙醇对收集的固体物质清洗5次～8次，再将无水乙醇清洗后的固体物质放入温度为55℃～65℃的烘箱中干燥10h～14h，得到正十二面体的ZIF‑67；步骤一③中所述的硝酸钴溶液与2‑甲基咪唑溶液的体积比为(0.8～1.2):1；二、制备ZIF‑67衍生纳米多孔碳材料：①、将步骤一③得到的正十二面体的ZIF‑67分散在陶瓷舟中，再将陶瓷舟放入管式炉中，向管式炉中通入氩气和氢气的混合气体，再将管式炉以3℃/min～8℃/min的升温速度升温至420℃～450℃，再在氩气和氢气的混合气体气氛和温度为420℃～450℃的条件下保温6h～10h，最后将管式炉自然冷却至室温，得到黑色粉末；②、将步骤二①中得到的黑色粉末浸入到浓度为0.8mol/L～1.2mol/L的H2SO4溶液中10h～14h，再进行真空抽滤，收集固体物质，使用去离子水对收集的固体物质清洗5次～8次，再将去离子水清洗后的固体物质放入温度为55℃～65℃的烘箱中干燥8h～10h，得到ZIF‑67衍生纳米多孔碳材料；三、复合：①、将0.04mol/L～0.06mol/L的KMnO4溶液和浓度为0.04mol/L～0.06mol/L的Na2SO4溶液混合，得到KMnO4和Na2SO4的混合溶液；步骤三①中所述的0.04mol/L～0.06mol/L的KMnO4溶液与浓度为0.04mol/L～0.06mol/L的Na2SO4溶液的体积比为(0.95～1):1；②、室温下将ZIF‑67衍生纳米多孔碳材料浸入到KMnO4和Na2SO4的混合溶液中3h～7h，再进行真空抽滤，收集固体物质，使用去离子水对收集的固体物质清洗5次～8次，再将去离子水清洗后的固体物质放入温度为55℃～65℃的烘箱中干燥8h～10h，得到钠离子嵌入的二氧化锰/氮掺杂多孔碳复合材料。