新型M制造技术

本发明专利技术公开了新型BCCNFs@M

New m

【技术实现步骤摘要】
新型MnOm@BCCNFs复合材料的制备方法及应用
本专利技术属于材料
，涉及一类超级电容器电极材料，具体涉及利用天然椰子水为营养液制备细菌纤维素碳材料。
技术介绍
超级电容器依据储能方式的不同可以分为两类，一类是双电层电容器(EDLCs)，它通过电荷和电解质离子在电极表面形成的双电层实现储能；另一类是赝电容电容器，它通过电极表面电活性物质的氧化还原反应实现储能。赝电容储存的电量或电能远远大于双电层电容。目前商用超级电容器主要为EDLCs电容器，其能量密度比较低，无法满足日益增长的生产、生活需要。因此，迫切需要研发高能量密度的超级电容器。要提高超级电容器的能量密度，关键是提高电极材料的比电容和器件的工作电压。超级电容器的电极材料主要是碳材料、金属氧化物、导电聚合物等。碳材料由于导电性好、比表面积大、来源丰富、成本低等优点，是理想的双电层电容器电极材料，在超级电容器中已得到广泛应用。常用的碳材料有活性炭、活性炭纤维、碳纤碳、碳气凝胶、碳蜂窝等。但碳材料的理论比电容较低，常常在非对称和混杂型超级电容器中应用。金属氧化物通过氧化还原反应储存电能(赝电容)，理论比电容较高。常用的金属氧化物有Co3O4、NiO、MnO2、CuO、Fe2O3等。但金属氧化物导电性差，常常需要与导电性能好的材料如碳材料复合来提高导电性。细菌纤维素(BC)是一种天然高分子化合物，具有相互交联的三维网络空间结构，可以通过微生物发酵大量产生。细菌纤维素碳化后得到的细菌纤维素碳材料，具有多孔、比表面积高、导电性能好和密度低等特点。
技术实现思路
本专利技术提供了一种通过微生物原位发酵技术将过渡金属氧化物MnOm纳米颗粒包裹在细菌纤维素内部，然后通过程序控温碳化，制备BCCNFs@MnOm复合材料。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案为：一种新型BCCNFs@MnOm复合材料的制备方法，是以天然椰子水为营养液，通过木醋杆菌静态代谢发酵生成的产物直接包裹分散在营养液中的过渡金属氧化物(MnOm)胶体粒子，形成细菌纤维素包裹过渡金属氧化物胶体粒子的凝胶(MnOm@BC)，该凝胶经冷冻干燥和高温退火处理，即得到细菌纤维素碳纳米纤维包裹过渡金属氧化物纳米粒子的包覆结构新型(MnOm@BCCNFs)复合材料。具体反应步骤是以椰子水为培养基，在30℃下静态培养，借助微生物发酵产生的细菌纤维素三维网络结构直接包覆分散在培养液中的MnOm纳米粒子，得到MnOm@BC初产物。该产物再经冷冻干燥，然后在一定的升温速率和设定的温度下碳化，最终得到具有三维网络状结构的细菌纤维素碳纳米纤维复合材料MnOm@BCCNFs。本专利技术的另一目的在于提供MnOm@BCCNFs复合材料在超级电容器中的应用。本专利技术具有以下的有益效果：(1)采用海南最常见的椰子水为液体培养基，借助微生物的自然发酵过程，直接在MnOm纳米粒子表面原位生长细菌纤维素，然后通过程序控温碳化，制备MnOm@BCCNFs复合材料。在材料的制备方法上，这是一个创新，并且所用的原料均对环境友好无毒，为商业化生产提供了一条新思路。(2)利用MnOm@BCCNFs复合材料作为超级电容器电极材料具有较强的循环稳定性，同时比电容也明显提高。附图说明图1为本专利技术制备材料的扫描电镜图；其中：(a)BCCNFs；(b)(c)Fe3O4@BCCNFs复合材料；图2为Fe3O4@BCCNFs复合材料的元素分析和分布图；其中：(d)选区；(e—g)分别是表征Fe、O、C元素分布的mapping图；(h)Fe3O4@BCCNFs复合材料的EDS能谱图；图3为Fe3O4@BCCNFs复合材料的电极实物图；图4为本专利技术制备材料的循环伏安曲线图；其中：(A)Fe3O4@BCCNFs复合材料在不同扫速下的循环伏安曲线图；(B)Fe3O4@BCCNFs复合材料和纯BCCNFs在20mV/s扫速下的循环伏安曲线图；图5为本专利技术制备材料的恒电流充放电曲线图；其中：(A)Fe3O4@BCCNFs复合材料在不同电流密度下的恒电流充放电曲线图；(B)Fe3O4@BCCNFs复合材料与纯BCCNFs在1A/g电流密度下的恒电流充放电曲线图；图6为本专利技术制备材料的充放电循环稳定性与交流阻抗谱图；其中：(A)Fe3O4@BCCNFs复合材料在2A·g-1电流密度条件下循环稳定性；(B)Fe3O4@BCCNFs复合材料与纯BCCNFs的交流阻抗谱图；图7为MnO2@BCCNFs复合材料的扫描电镜图；其中：(a)(b)MnO2@BCCNFs；(c)EDS元素分析；图8为MnO2、BCCNFs和MnO2@BCCNFs的XRD谱图；图9为MnO2@BCCNFs复合材料的循环伏安曲线(A)和充放电曲线图(B)。具体实施方式一、Fe3O4@BCCNFs电极的制备1.醋酸菌的培养取醋酸菌培养基(含多聚蛋白栋5g、酵母提取物5g、葡萄糖5g、甘露醇5g、MgSO4O7H2O1g、pH值6.6-7.0)21g放入1000mL蒸馏水中，在121℃下高压灭菌15min，灭菌后得到醋酸菌培养液，冷却至室温。在无菌操作下，将木醋杆菌菌种接入该培养液中，30℃下培养7天后得到大量繁殖生长的木醋杆菌母液。2.Fe3O4@BCCNFs电极材料的制备称取0.8gFeCl3.6H2O加入4mL蒸馏水中，溶解后滴入20mL沸水，2min后自然冷却得到氢氧化铁胶体。采购市场上新鲜的青椰子，抽滤得到椰子水。取0.6mL氢氧化铁胶体和30mL纯净椰子水置于培养瓶中，经121℃灭菌15min，然后在无菌操作下将5mL木醋杆菌母液接种到培养瓶中，于30℃恒温箱中培养七天，得到Fe3O4@BC细菌纤维素材料。取出该材料，用无离子水反复冲洗，然后在无离子水中浸泡两天，最后取出冷冻干燥24h。将冷冻干燥后的Fe3O4@BC细菌纤维素材料在氮气氛围下以2℃·min-1的速率升温至500℃，然后恒温1h；再以5℃·min-1的速率升温至700℃，然后再恒温2h，即得到细菌纤维素碳纳米纤维(BCCNFs)包裹Fe3O4的复合碳材料Fe3O4@BCCNFs。纯BCCNFs材料的制备方法与Fe3O4@BCCNFs一样，只是在制备过程中不需要加入氢氧化铁胶体。3.Fe3O4@BCCNFs电极的制备取研磨后的Fe3O4@BCCNFs复合材料、乙炔黑和PTFE乳液按质量比80:15:5，与适量无水乙醇混匀后，碾成尺寸为1cm×1cm的薄膜，贴在泡沫镍集流体上，用粉末压片机在4MPa的压力下压片，并于60℃的真空干燥箱中干燥24h。二、Fe3O4@BCCNFs电极的表征本专利技术制备的Fe3O4@BCCNFs电极均匀致密，其微观形貌如图1所示。图1(a)是以椰子水作为液体培养基，通过静态发酵的培养方式，经冷冻干燥后在氮气氛下于500℃煅烧1小时，继续升温至700℃煅烧2小时，得到的纯细菌纤维素碳纳米纤维的扫描电镜本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型M

【技术特征摘要】
1.一种新型MnOm@BCCNFs复合材料的制备方法，其特征在于：以天然椰子水为营养液，通过木醋杆菌静态代谢发酵生成的产物直接包裹分散在营养液中的过渡金属氧化物MnOm胶体粒子，形成细菌纤维素包裹过渡金属氧化物胶体粒子的凝胶MnOm@BC...

【专利技术属性】
技术研发人员：王崇太，华英杰，刘嘉豪，舒澜清，马杭，
申请(专利权)人：海南师范大学，
类型：发明
国别省市：海南;46