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技术

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。本发明专利技术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。本发明专利技术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。

Preparation and Application of a Sodium Ion Embedded Manganese Dioxide/Nitrogen Doped Porous Carbon Composite

The invention relates to a preparation method and application of sodium ion embedded manganese dioxide/nitrogen doped porous carbon composite material, which relates to a preparation method and application of manganese dioxide composite material. The aim of the present invention is to solve the problems of poor ratio and low capacity retention when manganese dioxide is used as the electrode material of pseudocapacitive supercapacitor. METHODS: First, ZIF 67 with normal dodecahedron was prepared; secondly, porous carbon nanomaterials derived from ZIF 67 were prepared; thirdly, sodium ion embedded manganese dioxide/nitrogen doped porous carbon composites were synthesized. Sodium ion embedded manganese dioxide/nitrogen doped porous carbon composites are used as positive electrode materials for supercapacitors. The invention can obtain a sodium ion embedded manganese dioxide/nitrogen doped porous carbon composite material.

【技术实现步骤摘要】
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
本专利技术涉及一种二氧化锰复合材料的制备方法和应用。
技术介绍
伴随着全球人口增长以及经济的快速发展，不可再生的化石能源逐渐减少，因此，能源危机成为世界各个国家面临的又一大严峻挑战。在这样的时代背景下，能量存储设备(电池、电容器、超级电容器等)和转换设备(燃料电池、太阳能电池等)成为了各大科研机构的研究热点。其中电池例如铅酸蓄电池、镍基电池、钠电池、锂离子电池、空气电池等类型具有较高的能量密度，但是其功率密度较低，充放电时间长，限制了其在一些特定领域的应用。超级电容器的专利技术给我们的生活带来了曙光。超级电容器是介于普通电容器与化学电池之间的一种新型储能装置，具有高功率密度、高充放电速率、使用寿命长和绿色环保等优点，有望成为本世纪新型的绿色能源。在超级电容器中，电极材料是关键，它决定电容器主要性能，也是影响电容器电容性能和生产成本的关键因素。目前研究的超级电容器的电极材料主要有碳基材料(包括活性炭、碳纤维、碳纳米管和石墨烯等)、异原子掺杂的碳材料(O掺杂碳材料、N掺杂碳材料)、导电聚合物(聚吡咯PPy、聚苯胺PANI、聚本文档来自技高网...

【技术保护点】
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...

【技术特征摘要】
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。2.根据权利要求1所述的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...

【专利技术属性】
技术研发人员：武立立，张喜田，张慧杰，
申请(专利权)人：黑龙江科技大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23