三维管状二硫化钼/聚吡咯超级电容器复合电极材料及其制备制造技术

本发明专利技术涉及一种三维管状二硫化钼/聚吡咯超级电容器复合电极材料及其制备，所述的二硫化钼/聚吡咯复合材料通过以下方法制成：(1)取3D MoS

【技术实现步骤摘要】
三维管状二硫化钼/聚吡咯超级电容器复合电极材料及其制备
本专利技术涉及有机/无机复合材料领域，尤其是涉及一种三维管状二硫化钼/聚吡咯超级电容器复合电极材料及其制备。
技术介绍
随着全球经济的快速发展，人类遇到的挑战及亟需解决的问题也越来越多。这其中包括日益枯竭的石油燃料及其衍生出来的环境污染问题。超级电容器的出现无疑是能源存储领域的一项革命性发展，超级电容器同时具备了较高的功率密度和能量密度，是介于二次电池和传统电容器间的新型储能装置。超级电容器具有循环寿命长、能量密度高、功率密度大、生产成本低、工作温度范围宽和安全、污染小等优点，在过去几十年里受到研究人员的广泛关注，在便携式电子产品、移动通讯和电动汽车等领域中得到广泛应用。超级电容器可分为对称型超级电容器和非对称型超级电容器，为获得较高的能量密度，相比于对称型超级电容器，非对称型超级电容器具有更广阔的应用前景。目前，大多数研究都集中于开发新型性能优异的正极材料，而负极材料的研发却很少。超级电容器总容量可根据公式：1/C＝1/C++1/C_计算。根据公式，电容器的整体性能取决于负极材料。目前，常用的负极材料—碳基材料，因其较低的比容量(约300F/g)，限制了超级电容器的进一步应用。因而，对负极材料的开发是具有重要意义的。层状MoS2由于其独特的二维(2D)层状结构和较大的比表面积等原因，使得MoS2具有较快的电子传输速度和较高的理论比电容，这些优越的性能为MoS2成为一种优秀的电极材料提供了前提条件。同时，MoS2作为一种重要的无机材料，具有优异的化学稳定性能，使其可作为一种优异的超级电容器电极材料。然而，新制的MoS2在后处理烘干的过程中，极易容易团聚，从而降低了MoS2本身作为片层材料所具有高的活性反应位点的特性。因此，在实际使用2D片层材料的过程中，必须要解决团聚的问题。PPy作为导电聚合物的重要组成部分，具有较高的电导率、较好的化学稳定性和高的比电容而受到国内外学者的密切关注。然而由于导电聚合物电极材料的力学性能不佳、循环稳定性较差，从而限制了材料的广泛应用。同时一维纳米结构的材料，由于其独特的一维结构，而具有较高的比表面积及优异的电导率，很多具有特殊结构(核壳结构、梭型及定向排列)的电极材料已经被报道出来，并且具有优异的超级电容器性能。因此，将一维材料(PPy纤维)与无机材料(MoS2)进行复合，是制得性能优异的电极材料的极为可行的方向。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种三维管状二硫化钼/聚吡咯超级电容器复合电极材料及其制备方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种三维管状二硫化钼/聚吡咯超级电容器复合电极材料，包括作为无机骨架的3DMoS2，以及与所述3DMoS2交联并构成网络结构的PPy纳米纤维。作为上述技术方案的优选，所述的3DMoS2的直径为400-500nm；3DMoS2与PPy的质量比为1:10-2:1。一种三维管状二硫化钼/聚吡咯超级电容器复合电极材料的制备方法，包括以下步骤：(1)取3DMoS2加入至草酸与无水乙醇的混合溶液中，并进行超声分散；(2)再往步骤(1)的MoS2溶液中加入CTAB(十六烷基三甲基溴化铵)，搅拌形成均匀稳定的3DMoS2分散液；(3)再将步骤(2)制得的3DMoS2分散液置于低温环境中，加入吡咯单体，搅拌使吡咯单体吸附在3DMoS2表面；(4)继续往步骤(3)的溶液中滴入过硫酸铵溶液，反应，分离、洗涤、干燥，即得到目的产物3DMoS2/PPy超级电容器复合材料。作为上述技术方案的优选，步骤(1)中所述的3DMoS2通过以下方法制成：取S粉和钼酸铵加入至正辛胺和无水乙醇的混合溶剂中，搅拌均匀，转移至反应釜内，加热反应，冷却，分离，洗涤，干燥，即得到3DMoS2。作为上述技术方案的进一步优选，S粉、钼酸铵、正辛胺和无水乙醇的加入量之比为1g：(2-3)g：(0.15-0.2)L：(0.15-0.2)L；加热反应的工艺条件为：在180-220℃下反应18-36h。作为上述技术方案的优选，步骤(1)3DMoS2的浓度为0.05-0.3g/60mL；所述的溶剂为酸与无水乙醇混合溶剂，其中，两者的体积比为1:1，酸为草酸或盐酸。更优选的，草酸的浓度为0.35M，盐酸的浓度为1M。更优选的，酸为草酸。草酸相比于盐酸，可以提高PPy的储能性质，提高电解液离子进入材料的能力。作为上述技术方案的优选，步骤(2)中CTAB的浓度为0.06-0.15M。过低会形成颗粒状的PPy；过高时，会形成片状的PPy。作为上述技术方案的优选，步骤(3)中所述的低温环境的温度为0-5℃。温度过低时，不利于反应的发生，降低效率；温度过高时，会使反应剧烈发生，形貌无法均一控制。作为上述技术方案的优选，步骤(3)中3DMoS2与吡咯单体的质量比为1:10-2:1。若不在此范围内，过低或过高，都会降低电极材料的电化学性能。作为上述技术方案的优选，步骤(4)中滴入的过硫酸铵与吡咯单体的摩尔比为1:1，反应时间为18-36h。过短的反应时间会使反应无法完全进行；过长的反应时间将降低反应的效率。作为上述方案的优选，步骤(1)中超声分散的时间为30-60min；步骤(2)中搅拌的时间为6h；步骤(3)中搅拌的时间为5-6h；步骤(4)中洗涤的具体方法为：无水乙醇与去离子水交替离心洗涤至中性，离心转速为4000r/min，离心时间为5min；干燥条件为60℃下真空干燥。所述的电极材料是在低温环境下，3DMoS2作为无机骨架，利用十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)作为表面活性剂，过硫酸铵为氧化剂，通过原位化学氧化聚合方法，将较高电导率的PPy首先以3DMoS2为硬模板，包覆在3DMoS2表面，随后以CTAB为软模板形成纳米纤维，从而形成相互交联的网络结构，提供了良好的导电网络通道。本专利技术制得的复合材料具有较大的比表面积，较高的电导率以及优异的电化学性能，是一种性能优异的超级电容器负极材料。在电流密度为1A/g时，比容量达到462F/g，充放电2000次后，容量依然能够保留原始容量的82％。本专利技术制备方法简单，可重复性高等优点。本专利技术利用3DMoS2作为复合材料无机骨架，通过原位化学氧化聚合的方法，将导电PPy纤维与其成功进行复合，形成了良好的导电网络通道，制得了具有高比容及循环稳定性能优异的超级电容器电极材料。3DMoS2具有较大的比表面积，高的比容量及优异的循环稳定性能，而PPy纳米纤维具有较高的电导率，同时可以产生赝电容而具有较高的比容量。将PPy与3DMoS2复合，可以利用二者的协同效应，提高电极材料的整体电化学性能。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：(1)本专利技术制备的3DMoS2/PPy复合电极材料，可作为超一种性能优异的级电容器的负极材料。(2)本专利技术以吡咯为单体，在3DMoS2表面原位氧化聚合，制备方法简单，产率高。(3)本专利技术以3DMoS2为无机骨架，避免了片状MoS2易团聚的问题，同时，也提高了复合材料的整体的反应活性位点，同时为电解质离子提供了快速的通道，提高了复合材料离子运输能力及存储能力。(4)本专利技术所述的3DMoS2/PPy超级电容器复合电极材料结合了3DMoS2与PPy纤维各自本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三维管状二硫化钼/聚吡咯超级电容器复合电极材料，其特征在于，包括作为无机骨架的3D MoS

【技术特征摘要】
1.一种三维管状二硫化钼/聚吡咯超级电容器复合电极材料，其特征在于，包括作为无机骨架的3DMoS2，以及与所述3DMoS2交联并构成网络结构的PPy纳米纤维。2.根据权利要求1所述的一种三维管状二硫化钼/聚吡咯超级电容器复合电极材料，其特征在于，所述的3DMoS2的直径为400-500nm。3.根据权利要求1所述的一种三维管状二硫化钼/聚吡咯超级电容器复合电极材料，其特征在于，3DMoS2与PPy的质量比为1:10-2:1。4.如权利要求1-3任一所述的三维管状二硫化钼/聚吡咯超级电容器复合电极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)取3DMoS2加入至溶剂中，并进行超声分散；(2)再往步骤(1)的MoS2溶液中加入CTAB，搅拌形成均匀稳定的3DMoS2分散液；(3)再将步骤(2)制得的3DMoS2分散液置于低温环境中，加入吡咯单体，搅拌；(4)继续往步骤(3)的溶液中滴入过硫酸铵溶液，反应，分离、洗涤、干燥，即得到目的产物3DMoS2/PPy超级电容器复合材料。5.根据权利要求4所述的一种三维管状二硫化钼/聚吡咯超级电容器复合电极材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述的3DMoS2通过以下方法制成：取S粉和钼酸铵加入至正辛胺和无水乙醇的混合溶剂中，搅拌均匀，转移至...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡克峰，陈元勋，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海,31