一种氮磷共掺杂复合材料及制备方法、用途和电容器电极技术

本发明专利技术涉及一种氮磷共掺杂碳纳米管包裹铁化合物复合材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：S1：将鸡蛋黄、去离子水和铁化合物混合，并超声20‑40分钟；S2：超声结束后，边搅拌边溶解20‑40分钟；S3：搅拌溶解结束后，在100‑140℃下充分烘干完全，得到粗产品；S4：将所述粗产品在惰性气体保护下进行高温焙烧处理，从而得到所述氮磷共掺杂碳纳米管包裹铁化合物复合材料。还涉及所述复合材料、由其制得的电容器电极等，所述复合材料具有优异的电学性能，从而可应用于电容器尤其是电容器电极制备领域，具有良好的应用前景和工业化潜力。

Nitrogen phosphorus composite composite material, preparation method, application and capacitor electrode

The invention relates to a preparation method of nitrogen and phosphorus doped carbon nanotubes coated iron compound composite material, wherein the method comprises the following steps: S1: egg yolk, deionized water and iron compounds, and 20 ultrasound for 40 minutes; S2: ultrasound after stirring to dissolve 20 40 minutes; S3: stir to dissolve after 100 under 140 DEG C for fully drying, to obtain the crude product; S4: the crude product of high temperature calcination under the protection of inert gas, resulting in the nitrogen and phosphorus doped carbon nanotubes coated iron compound composite material. Also relates to the composite material prepared therefrom, the capacitor electrode, the composite material has excellent electrical properties, which can be applied to the capacitor especially capacitor electrode preparation field, and has a good application prospect and potential industrialization.

【技术实现步骤摘要】
一种氮磷共掺杂复合材料及制备方法、用途和电容器电极
本专利技术涉及一种复合材料及其制备方法、用途和由其制备的产品，更具体而言，提供了一种氮磷共掺杂复合材料及制备方法、用途和由其制备的电容器电极，属于无机功能材料和电化学能源

技术介绍
近年来，石化资源短缺、环保压力剧增，与经济高速增长所需形成难以调和的矛盾，严重影响我国经济社会发展和国家安全。据估计到2050年，全球能源需求至少是目前需求量的两倍，因此采取可持续、可再生能源是一项迫切而艰巨的任务。而与此相对应的是，石化资源的使用导致环境污染，节能减排、污染化减少也成为了重要的考虑因素。综上所述，传统的储能技术已不能满足电子信息、交通工具、军事武器、航空航天等领域的要求。现在，世界范围内正急需无污染的“绿色”能源存储系统，用于替代目前使用的基于石油的燃料来满足当今社会能源需求。开发高能量、高功率储能、环境友好的材料成为当务之急。超级电容器是一种新型、高效、实用的能量储存装置，它兼有普通电容器和电池的特性，具有大容量、高功率、长寿命、低成本、环境友好等优越的性能，是能量储存领域的一项革命性发展，并将在某些领域取代传统蓄电池，发挥电池不能发挥的优势。所以，超级电容器的相关研究以及近年来的大力发展就顺应了人类对新型能源的需求。但令人遗憾的是，最为常见的碳基电容器的能量密度仍不能满足人类当前对能量的需求。由此可见，在不牺牲材料高功率密度和稳定的循环寿命的同时，设计合成出具有高能量密度的超级电容器，作为一种新型的清洁能源技术，是一种新型、高效、实用的能量储存装置，具有大容量、高功率、长寿命、成本低廉、环境友好等优越的性能，是能量储存领域的一项革命性发展，并可在某些领域取代传统蓄电池、发挥电池不能发挥的优势。目前，生物质是世界第四大能源，占世界能源的14％，占发展中国家能源需求的38％，以生物质为碳源制备电极材料，具有原料丰富、环境友好、成本低、可持续、可再生等特点，且制作简单，符合当前社会需求，从而引起广大科研工作者的关注，例如：近日，CN102086034A公开了一种用柳树柳絮作为前体，通过简单碳化制备碳微管，该材料呈中空管状，具有良好的超级电容器性能，由于柳絮丰富的杂原子成分，碳质材料具有特定孔结构、形态和化学性质。该材料比表面积为1951m2·g-1，比电容为336F·g-1,循环稳定性差(100mv·s-1，循环5000次后，电容减少了5％)。W.J.Qian等人(Humanhair-derivedcarbonakesforelectrochemicalsupercapacitor.EnergyEnviron.Sci.,2014,7,379.)用头发作为前体，经过前期处理后，碳化合成杂原子掺杂多孔碳层状结构材料，该材料比电容为340F·g-1，从长期看循环稳定性优异(超过20000次)，但是大电流下，电容降低幅度较大。H.L.Wang等人(InterconnectedCarbonNanosheetsDerivedfromHempforUltrafastSupercapacitorswithHighEnergy.AmericanChemicalSociety,2013,7,5131-5141)以大麻韧皮纤维为碳源，合成了部分相互关联的独特的纳米片材料，比表面积高达2287m2·g-1，电流密度100A·g-1，20℃，40℃，60℃下，该材料比电容分别达到113，144，142F·g-1，但电容保持率只有72-92％，大电流充放电差。C.L.Long等人(Porouslayer-stackingcarbonderivedfromin-builttemplateinbiomassforhighvolumetricperformancesupercapacitors.NanoEnergy,2015,12,141-151)以木耳为前体，合成多孔碳材料，该材料循环稳定性优异，循环次数20000后，电容量基本保持在100％，体积密度为0.96g·cm-3，体积能量密度偏低，为21wh·l-1。S.J.He等人(Applicationofbiomass-derivedexiblecarbonMothcoatedwithMnO2nanosheetsinsupercapacitors.JournalofPowerSources,2015,294,150-158)以亚麻纤维为碳源，在碳材料表面沉积MnO2，以提高性能。该材料比电容达到687.73F·g-1，能量密度达到46.54wh·kg-1。在300g-1下，比电容仍有269.04F·g-1,能量密度仍有45.50wh·kg-1，但是循环稳定性较差。如上所述，现有技术中公开了多种利用生物质制备新型材料的方法，并由此得到了多种具有优异电学性质的新型材料，但这些新型材料虽然可由生物质经过直接碳化、活化而具有了多孔性、高比表面积等性能，但在电学性能上，仍存在大电流充放电差、能量密度较低等缺陷，这严重限制了其实际的应用和工业化生产。因此，基于目前利用生物质制备超级电容器电极材料的缺陷，如何利用新方法提高其性能具有十分重要的意义，也是目前电化学能源领域的研究热点和重点，而这也正是本专利技术得以完成的基础所在和动力所倚。
技术实现思路
为了研发新型的电学材料，尤其是得到可用于超级电容器领域的复合材料，本专利技术人进行了深入的研究，在付出了大量的创造性劳动后，从而完成了本专利技术。具体而言，本专利技术的技术方案和内容涉及一种氮磷共掺杂复合材料，尤其是一种氮磷共掺杂碳纳米管包裹铁化合物复合材料及制备方法、用途和由其制得的电容器电极。更具体而言，本专利技术涉及如下的多个方面。第一个方面，本专利技术涉及一种氮磷共掺杂碳纳米管包裹铁化合物复合材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：S1：将鸡蛋黄、去离子水和铁化合物混合，并超声20-40分钟；S2：超声结束后，边搅拌边溶解20-40分钟；S3：搅拌溶解结束后，在100-140℃下充分烘干完全，得到粗产品；S4：将所述粗产品在惰性气体保护下进行高温焙烧处理，从而得到所述氮磷共掺杂碳纳米管包裹铁化合物复合材料。在本专利技术的所述氮磷共掺杂碳纳米管包裹铁化合物复合材料的制备方法中，在步骤S1中，所述鸡蛋黄最优选是新鲜的鸡蛋黄，例如养殖场刚刚收集得到的新鲜鸡蛋，将其打碎，收集鸡蛋黄，鸡蛋黄与鸡蛋清的分离是非常常规的技术手段，在此不再一一赘述。在本专利技术的所述氮磷共掺杂碳纳米管包裹铁化合物复合材料的制备方法中，在步骤S1中，所述铁化合物为硝酸铁、铁氰化钾或氯化铁中的任意一种或任意多种以任意比例的混合物，最优选为铁氰化钾。在本专利技术的所述氮磷共掺杂碳纳米管包裹铁化合物复合材料的制备方法中，在步骤S1中，鸡蛋黄与去离子水的质量比为1:1-20，例如可为1:1、1:5、1:10、1:15或1:20。在本专利技术的所述氮磷共掺杂碳纳米管包裹铁化合物复合材料的制备方法中，在步骤S1中，鸡蛋黄与铁化合物的质量比为1:0.1-10，例如可为1:0.1、1:0.5、1:1、1:2、1:5、1:7、1:9或1:10，最优选为1:5。在本专利技术的所述氮磷共掺杂碳纳米管包裹铁化合物复合材料的制备方法中，在步骤S3中，烘干温度为100-140℃，例如可本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氮磷共掺杂碳纳米管包裹铁化合物复合材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：S1：将鸡蛋黄、去离子水和铁化合物混合，并超声20‑40分钟；S2：超声结束后，边搅拌边溶解20‑40分钟；S3：搅拌溶解结束后，在100‑140℃下充分烘干完全，得到粗产品；S4：将所述粗产品在惰性气体保护下进行高温焙烧处理，从而得到所述氮磷共掺杂碳纳米管包裹铁化合物复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种氮磷共掺杂碳纳米管包裹铁化合物复合材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：S1：将鸡蛋黄、去离子水和铁化合物混合，并超声20-40分钟；S2：超声结束后，边搅拌边溶解20-40分钟；S3：搅拌溶解结束后，在100-140℃下充分烘干完全，得到粗产品；S4：将所述粗产品在惰性气体保护下进行高温焙烧处理，从而得到所述氮磷共掺杂碳纳米管包裹铁化合物复合材料。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：在步骤S1中，所述铁化合物为硝酸铁、铁氰化钾或氯化铁中的任意一种或任意多种以任意比例的混合物，最优选为铁氰化钾。3.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：在步骤S1中，鸡蛋黄与去离子水的质量比为1:1-20。4.如权利要求1-3任一项所述的制备方法，其特征在于：在步骤S1中，鸡蛋黄与铁化合物的质量比为1:0.1-10，最优选为1:5。5...

【专利技术属性】
技术研发人员：金辉乐，王舜，苏晓霞，董小妹，王继昌，罗茂君，张晶晶，徐晓菁，杨超，吴斌，朱天麒，
申请(专利权)人：温州大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33