一种超级电容器用的碳/二氧化锰复合材料，所述复合材料为空心纳米带结构，内部为碳，外部沉积有δ晶型的二氧化锰纳米颗粒。本发明专利技术制备的碳/二氧化锰复合材料可作为超级电容器活性电极材料使用，有着独特的空心纳米带结构，比表面积大，二氧化锰为δ晶型，利于充放电过程中稳定的电荷存储，其最大比电容为247F/g，其倍率性质和循环稳定性也较为优异，在较高电流密度下反复充放电6000次后的电容保持率仍旧高达89.1%，亦是远超许多二氧化锰基电极材料的电化学表现。材料的电化学表现。材料的电化学表现。
【技术实现步骤摘要】
一种超级电容器用的碳/二氧化锰复合材料及其制备方法
[0001]本专利技术涉及电化学
，具体涉及一种超级电容器用的碳/二氧化锰复合材料及其制备方法。
技术介绍
[0002]超级电容器是指介于传统电容器和充电电池之间的一种新型储能装置。与传统电容器相比，他具有较大的容量、比能量或能力密度，较宽的工作温度范围和较长的使用寿命，而与蓄电池相比，它具有较高的比功率，且对环境无污染。
[0003]电极材料是超级电容器的重要组成部分，是影响超级电容器性能的关键因素之一，超级电容器电极材料的选择从最初的碳材料到金属氧化物、导电聚合物，晶粒了数十年的研究，无论是赝电容电容器还是双电层电容与赝电容原理相结合的混合电容器中，廉价、环境友好且电化学活性高的二氧化锰抑制是研究热点。但是二氧化锰作为一种半导体材料，导电性较差，作为超级电容器的电极材料会限制其进行大电流充放电，功率密度也受到影响，因此用碳和二氧化锰进行复合作为超级电容器的电极材料，既能改善二氧化锰的导电性及频率响应特性，又可以产生较大的电容量。
[0004]碳/二氧化锰复合材料不同形貌，碳和二氧化锰接触面积不同，形成的材料比表面等存在不同，均会造成性能上的差异，现目前的碳/二氧化锰材料主要注重提高比电容值，普遍存在循环稳定性不好，在反复充放电过程中，电容保持率衰减严重的问题。
技术实现思路
[0005]本专利技术目的在于提供一种超级电容器用的碳/二氧化锰复合材料。
[0006]本专利技术另一目的在于提供一种超级电容器用的碳/二氧化锰复合材料的制备方法。制备的复合材料具有优异的倍率特性、稳定性和循环使用寿命。
[0007]本专利技术目的通过如下技术方案实现：一种超级电容器用的碳/二氧化锰复合材料，其特征在于：所述复合材料为空心纳米带结构，内部为碳，外部沉积有δ晶型的二氧化锰纳米颗粒。
[0008]一种超级电容器用的碳/二氧化锰复合材料的制备方法，其特征在于：是制备三氧化钼纳米带作为模板，先在模板表面沉积聚吡咯，进一步高温碳化后，再在其表面沉积δ晶型的二氧化锰，然后用氨水去除三氧化钼模板。
[0009]进一步，上述制备三氧化钼纳米带是在四水合钼酸铵水溶液中加入质量浓度为86%的浓硝酸，在180~200℃下水热反应6~8h，然后抽滤、水洗及干燥。
[0010]进一步，上述四水合钼酸钠水溶液的浓度为3~10g/L，四水合钼酸铵水溶液与浓硝酸的体积比为5:1。
[0011]进一步，上述沉积聚吡咯是将三氧化钼纳米带超声分散于去离子水和乙醇的混合溶液中，搅拌下加入吡咯，然后再加入过硫酸铵水溶液，搅拌12h。
[0012]进一步，上述三氧化钼纳米带与混合溶液的质量体积比为2g:0.9~1mL，去离子水
和乙醇体积比为8~9:1。
[0013]进一步，吡咯与过硫酸铵水溶液的体积比为0.1~0.4:100，混合溶液与过硫酸铵水溶液体积比为0.9~1:1，过硫酸铵水溶液的浓度为2~15g/L。
[0014]在制备三氧化钼/碳纳米带过程发现，碳的前驱体选择极为重要，采用其他的碳前驱体如聚苯胺进行沉积时，很难在三氧化钼纳米带表面沉积，沉积均匀性较差，有的地方出现严重聚集，在纳米带表面的包覆不完整，这也不利于后续二氧化锰的沉积，导致二氧化锰沉积也出现严重聚集，导致纳米带结构形貌无法保持，去除模板后，纳米带结构垮塌，纳米带结构丧失。
[0015]通过选择以吡咯在三氧化钼表面氧化聚合形成聚吡咯，作为碳的前驱体，并调节吡咯与过硫酸铵的用量，使得聚吡咯均匀沉积在纳米带表面，对纳米带形成完成包覆，碳化后形成均匀的多孔碳层，后续利用碳与高锰酸钾在硫酸催化下的氧化还原反应生成δ晶型二氧化锰稳定沉积于三氧化钼/碳纳米带表面，并得到三氧化钼/碳/二氧化锰纳米带，在反应过程中，在硫酸作用下，完整包覆的多孔碳层也为二氧化锰提供沉积位点，有利于对沉积后的二氧化锰进行均匀固定，相互稳固纳米带结构。
[0016]进一步，上述高温碳化是将沉积了聚吡咯的三氧化钼纳米带水洗干燥后，在氮气氛围中，于500~550℃下处理3.5~4h，得三氧化钼/碳纳米带。
[0017]进一步，上述沉积δ晶型的二氧化锰是将三氧化钼/碳纳米带超声分散于去离子水中，在搅拌下依次加入浓硫酸和高锰酸钾水溶液，在85~95℃下水浴22~24h，然后进行抽滤、洗涤得三氧化钼/碳/二氧化锰纳米带。
[0018]进一步，上述三氧化钼/碳纳米带与去离子水的质量体积比为3g：5~6mL，去离子水、浓硫酸和高锰酸钾水溶液的体积比为100:1~5:20。
[0019]进一步，上述高锰酸钾水溶液的浓度为0.01~0.025g/mL。
[0020]进一步，所述去除三氧化钼模板是将三氧化钼/碳/二氧化锰纳米带超声分散于去离子水中，搅拌下加入质量浓度为5%的氨水，搅拌12h，然后进行抽滤、洗涤和干燥。
[0021]最具体的，一种超级电容器用的碳/二氧化锰复合材料的制备方法，其特征在于，按如下步骤进行：步骤一：制备三氧化钼纳米带将四水合钼酸铵溶解在去离子水中，四水合钼酸铵和去离子水的质量体积比为0.3~1g:100mL然后加入质量浓度为86%的浓硝酸，在180~200℃下水热反应6~8h，然后抽滤、水洗及干燥，四水合钼酸铵水溶液与浓硝酸的体积比为5:1；步骤二：制备三氧化钼/碳纳米带（1）将步骤一制备的三氧化钼纳米带超声分散于去离子水和乙醇按照体积比为8~9:1组成的混合溶液中，三氧化钼纳米带与混合溶液的质量体积比为2g:0.9~1mL，然后在搅拌下依次加入吡咯和过硫酸铵水溶液，搅拌12h，得沉积了聚吡咯的三氧化钼/聚吡咯纳米带，吡咯与过硫酸铵水溶液的体积比为0.1~0.4:100，混合溶液与过硫酸铵水溶液体积比为0.9~1:1，过硫酸铵水溶液的浓度为2~15g/L；（2）高温碳化是将沉积了聚吡咯的三氧化钼纳米带水洗干燥后，在氮气氛围中，于500~550℃下处理3.5~4h，得三氧化钼/碳纳米带；步骤三：制备三氧化钼/碳/二氧化锰纳米带
将步骤二制备的三氧化钼/碳纳米带超声分散于去离子水中，在搅拌下依次加入浓硫酸和浓度为0.01~0.025g/mL高锰酸钾水溶液，在85~95℃下水浴22~24h，然后进行抽滤、洗涤得三氧化钼/碳/二氧化锰纳米带，三氧化钼/碳纳米带与去离子水的质量体积比为3g：5~6mL，去离子水、浓硫酸和高锰酸钾水溶液的体积比为100:1~5:20；步骤四：去除模板将步骤三制备的三氧化钼/碳/二氧化锰纳米带超声分散于去离子水中，搅拌下加入质量浓度为5%的氨水，搅拌12h，然后进行抽滤、洗涤和干燥。
[0022]本专利技术具有如下技术效果：本专利技术制备的碳/二氧化锰复合材料可作为超级电容器活性电极材料使用，有着独特的空心纳米带结构，比表面积大，二氧化锰为δ晶型，利于充放电过程中稳定的电荷存储，其最大比电容为247F/g，其倍率性质和循环稳定性也较为优异，在较高电流密度下反复充放电6000次后的电容保持率仍旧高达89.1%，亦是远超许多二氧化锰本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种超级电容器用的碳/二氧化锰复合材料，其特征在于：所述复合材料为空心纳米带结构，内部为碳，外部沉积有δ晶型的二氧化锰纳米颗粒。2.一种如权利要求1所述的超级电容器用的碳/二氧化锰复合材料的制备方法，其特征在于：制备三氧化钼纳米带作为模板，先在模板表面沉积聚吡咯，进一步高温碳化后，再在其表面沉积δ晶型的二氧化锰，然后用氨水去除三氧化钼模板。3.如权利要求2所述的一种超级电容器用的碳/二氧化锰复合材料的制备方法，其特征在于：所述制备三氧化钼纳米带是在四水合钼酸铵水溶液中加入质量浓度为86%的浓硝酸，在180~200℃下水热反应6~8h，然后抽滤、水洗及干燥。4.如权利要求2或3所述的一种超级电容器用的碳/二氧化锰复合材料的制备方法，其特征在于：所述沉积聚吡咯是将三氧化钼纳米带超声分散于去离子水和乙醇的混合溶液中，搅拌下加入吡咯，然后再加入过硫酸铵水溶液，搅拌12h。5.如权利要求4所述的一种超级电容器用的碳/二氧化锰复合材料的制备方法，其特征在于：所述三氧化钼纳米带与混合溶液的质量体积比为2g:0.9~1mL，去离子水和乙醇体积比为8~9:1。6.如权利要求4或5所述的一种超级电容器用的碳/二氧化锰复合材料的制备方法，其特征在于：所述吡咯与过硫酸铵水溶液的体积比为0.1~0.4:100，混合溶液与过硫酸铵水溶液体积比为0.9~1:1，过硫酸铵水溶液的浓度为2~15g/L。7.如权利要求2
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6任一项所述的一种超级电容器用的碳/二氧化锰复合材料的制备方法，其特征在于：所述沉积δ晶型的二氧化锰是将三氧化钼/碳纳米带超声分散于去离子水中，在搅拌下依次加入浓硫酸和高锰酸钾水溶液，在85~95℃下水浴22~24h，然后进行抽滤、洗涤得三氧化钼/碳/二氧化锰纳米带。8.如权利要求7所述的一种超级电容器用的碳/二氧化锰复合材料的制备方法，其特征在于：所述三氧化钼/碳纳米带与去离子水的质量体积比为3...
【专利技术属性】
技术研发人员：肖巍，周文杰，张艳华，
申请(专利权)人：重庆文理学院，
类型：发明
国别省市：
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