复合材料及其制备方法、应用技术

本申请涉及材料科学领域，提供了一种复合材料的制备方法以及在超级电容器中的应用。其中，复合材料的制备方法包括如下步骤：S1将松木放置管式炉中，在低氧或者无氧条件下，热解得到生物质炭；S2将步骤S1得到的生物质炭放入稀硝酸溶液，水洗至中性，烘干备用；S3将氧化石墨烯溶液中加入不同体积的去离子水中，得到不同浓度的氧化石墨烯溶液；S4将步骤S3制备获得的氧化石墨烯溶液和步骤S2制备的生物质炭通过电泳沉积，得到初始产物；S5将步骤S4得到的初始产物放入氯化钠溶液中，通过电化学还原方法得到最终产物。本申请的方法不仅操作简单，所制备复合材料还具有较高的电导率。

【技术实现步骤摘要】
复合材料及其制备方法、应用
本申请涉及材料科学领域，特别涉及一种复合材料的制备方法以及复合材料的应用。
技术介绍
伴随着经济的快速发展，传统石油能源的过度使用，目前全球面临着各种各样的环境问题，例如全球变暖、雾霾严重、冰川融化等等。在这种情况下，寻求环境友好的可再生能源，并使用绿色、高效的能源量存储机制势在必行。超级电容器是一种新型储能器件，其中能量密度高于普通电容器，能够存储更多的能量；功率密度高于电池，能够实现快速充放电。由于超级电容器工作效率高、循环寿命长、无记忆效应并且绿色环保，因此引起了研究者们广泛的关注，并被广泛地应用于混合动力电子设备、电动汽车、便携电子设备等领域。但是，超级电容器相对较低的能量密度，限制了它的更进一步的应用。电极材料一直是超级电容器的核心组件，提高超级电容器的性能量密度需要设计开发出优良的电极材料。目前超级电容器的电极材料主要分为以下几种：碳材料、金属氧化物和导电聚合物。碳材料包含活性炭、碳纳米管、石墨烯、生物质炭等。石墨烯是一种二维材料，具有高的比表面积，高的电导率而受到研究者们的青睐。但是石墨烯分子内部的π-π键的存在，会使其相互堆叠，导致性能电导率下降低。生物质炭来源广泛、成本低、制备简便，从而受到研究者们的青睐。其中以松木为原料制备的生物质炭，保留了木材原始的多孔结构，含有丰富的大孔、介孔和微孔。但是其电导率较低，限制了其在电极上的应用。
技术实现思路
为了解决上述问题或至少部分地解决上述技术问题，在本申请的一个实施方式中，提供了一种复合材料的制备方法，包括如下步骤：S1将松木放置管式炉中，在低氧或者无氧条件下，热解得到生物质炭；S2将步骤S1得到的生物质炭放入稀硝酸溶液，水洗至中性，烘干备用；S3将氧化石墨烯溶液中加入不同体积的去离子水中，得到不同浓度的氧化石墨烯溶液；S4将步骤S3制备获得的氧化石墨烯溶液和步骤S2制备的生物质炭通过电泳沉积，得到初始产物；S5将步骤S4得到的初始产物放入氯化钠溶液中，使用电化学还原方法得到最终产物。可选地，在所述步骤S1中，所述热解温度为750-900℃，热解过程中的升温速率为180-300℃·h-1,热解过程中的保温时间为1-5h。可选地，在所述步骤S2中，所述稀硝酸溶液的浓度为1-5mol·L-1,生物质炭在稀硝酸溶液中的浸泡时间为18-24h。可选地，在所述步骤S3中，各氧化石墨烯溶液的浓度范围在0.05-2.0g·L-1之间。可选地，在所述步骤S4中，电泳过程的电压大小为3-10V，电泳时间为10-90min。可选地，在所述步骤S5中，所述氯化钠溶液的浓度为0.05-0.2mol·L-1。在本申请的实施方式中，制备出了石墨烯/生物质炭的复合材料，并应用于超级电容器。本专利技术的有益效果在于：通过电泳沉积，成功地制备出石墨烯/生物质炭复合材料，该复合材料的电导率相比较原始的生物质炭提升了，加快了电子的传输，用于超级电容器电极后，比电容有较大的提高。生物质炭的多孔结构，避免石墨烯之间发生相互堆叠。附图说明为了更清楚地说明本申请实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅用于示意本申请的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图中未提及的技术特征、连接关系乃至方法步骤。图1是本申请的电泳沉积的装置的示意图。图2是本申请的实施方式所得样品的电化学性能测试图。附图标记说明1-对电极；2-工作电极；3-参比电极。具体实施方式为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。本申请的实施方式提供了一种复合材料及其制备方法、以及复合材料的应用。其中，复合材料的制备方法，包括如下步骤：S1将松木放置管式炉中，在低氧或者无氧条件下，热解得到生物质炭；S2将步骤S1得到的生物质炭放入稀硝酸溶液，水洗至中性，烘干备用；S3将氧化石墨烯溶液中加入不同体积的去离子水中，得到不同浓度的氧化石墨烯溶液；S4将步骤S3制备获得的氧化石墨烯溶液和步骤S2制备的生物质炭通过电泳沉积，得到初始产物；S5将步骤S4得到的初始产物放入氯化钠溶液中，使用电化学还原的方法得到最终产物。可选地，在所述步骤S1中，所述热解温度为750-900℃，热解过程中的升温速率为180-300℃·h-1,热解过程中的保温时间为1-5h。可选地，在所述步骤S2中，所述稀硝酸溶液的浓度为1-5mol·L-1,生物质炭在稀硝酸溶液中的浸泡时间为18-24h。可选地，在所述步骤S3中，各氧化石墨烯溶液的浓度范围在0.05-2.0g·L-1之间。可选地，在所述步骤S4中，电泳过程的电压大小为3-10V，电泳时间为10-90min。可选地，在所述步骤S5中，所述氯化钠溶液的浓度为0.05-0.2mol·L-1。本申请的实施方式提供了一种复合材料及其制备方法、以及复合材料的应用。接下来，将以几个具体的实施过程所生成的样品相互对照以说明本申请的优势。样品1。步骤1：松木的热解过程：将松木放置管式炉中，通入氮气，热解温度为900℃，升温速率为180℃·h-1，保温时间为2h。步骤2，生物质炭的处理：将步骤1得到的生物质炭放入1mol·L-1稀硝酸溶液中，浸泡24h，取出水洗至中性，在60℃下烘干24h，记做样品1，作为对照。样品2。步骤1，松木的热解过程：将松木放置管式炉中，通入氮气，热解温度为900℃，升温速率为180℃·h-1,保温时间为2h。步骤2，生物质炭的处理：将步骤1得到的生物质炭放入1mol·L-1稀硝酸溶液中，浸泡24h，取出水洗至中性，在60℃下烘干24h。步骤3，氧化石墨烯溶液浓度的配置：在原始氧化石墨烯溶液中加入一定体积的水，配置成浓度为0.05g·L-1的氧化石墨烯溶液。步骤4，氧化石墨烯/生物质炭的制备：将步骤3制备得到的氧化石墨烯溶液和步骤2制备得到的生物质炭通过电泳沉积，电泳电压为3V，电泳时间为10min，得到初始产物。步骤5，石墨烯/生物质炭的制备：将步骤4得到的产物放入浓度为0.05mol·L-1的氯化钠溶液中，使用电化学还原方法，得到样品2。样品3。步骤1，松木的热解过程：将松木放置管式炉中，通入氮气，热解温度为900℃，升温速率为180℃·h-1，保温时间为2h。步骤2，生物质炭的处理：将步骤1得到的生物质炭放入1mol·L-1稀硝酸溶液中，浸泡24h，取出水洗至中性，在60℃下烘干24h。步骤3，氧化石墨烯溶液浓度的配置：在原始氧化石墨烯溶液中加入一定体积的水，配置成浓度为0.2g·L-1的氧化石墨烯溶液。步骤4，氧化石墨烯/生物质炭的制备：将步骤3制备得到的氧化石墨烯溶液和步骤2制备得到的生物质炭通过电泳沉积，电泳电压为3V，电泳时间为10min，得到初始产物。步骤5，石墨烯/生物质炭的制备：将步骤4得到的产物放入0.05mol·L-1的氯化钠溶液中，使用电化本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1将松木放置管式炉中，在低氧或者无氧条件下，热解得到生物质炭；S2将步骤S1得到的生物质炭放入稀硝酸溶液，水洗至中性，烘干备用；S3将氧化石墨烯溶液中加入不同体积的去离子水中，得到不同浓度的氧化石墨烯溶液；S4将步骤S3制备获得的氧化石墨烯溶液和步骤S2制备的生物质炭通过电泳沉积，得到初始产物；S5将步骤S4得到的初始产物放入氯化钠溶液中，通过电化学还原方法得到最终产物。

【技术特征摘要】
1.一种复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1将松木放置管式炉中，在低氧或者无氧条件下，热解得到生物质炭；S2将步骤S1得到的生物质炭放入稀硝酸溶液，水洗至中性，烘干备用；S3将氧化石墨烯溶液中加入不同体积的去离子水中，得到不同浓度的氧化石墨烯溶液；S4将步骤S3制备获得的氧化石墨烯溶液和步骤S2制备的生物质炭通过电泳沉积，得到初始产物；S5将步骤S4得到的初始产物放入氯化钠溶液中，通过电化学还原方法得到最终产物。2.根据权利要求1所述的复合材料的制备方法，其特征在于，在所述步骤S1中，所述热解温度为750-900℃，热解过程中的升温速率为180-300℃·h-1,热解过程中的保温时间为1-5h。3.根据权利要求1所述的复合材料的制备方法，其特征在于，在所述步骤S2中，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：芮保珍，章蕾，施鹰，谢建军，雷芳，范灵聪，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：上海,31