碳包覆氧化钨复合电极材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种碳包覆氧化钨复合电极材料及其制备方法和应用，该复合电极材料包括实心海胆状W

【技术实现步骤摘要】
碳包覆氧化钨复合电极材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于电容去离子复合电极材料的制备领域，涉及一种碳包覆氧化钨复合电极材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]淡水危机和水污染已成为21世纪人类面临的极具挑战性的两大课题，大力开发低成本脱盐技术，以实现清洁淡水资源的充足供应是人类可持续发展的有效方式。电容去离子技术作为一种新型的海水淡化技术，由于其对环境友好、能耗低、制造成本低、电极再生方便等优点，越来越受到人们的关注。电极材料作为电容去离子技术的核心，其性能从根本上决定了电容去离子技术的海水淡化能力，因此发展环境友好、低成本的高效电容去离子电极材料对推动电容去离子技术的发展尤为重要。
[0003]钨氧化物(WO
x
，2≤x≤3)作为极具前景的半导体材料，其体系各种相中，尤其是无化学计量相，使其具有独特的物理化学性质，引起了学者们的深入研究并将其应用于气体传感器，场发射器件，光催化剂和电致变色器件等。与传统的WO3不同，W
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属于半导体材料，含有丰富的氧空位，具有不同的物理化学性质，这有助于降低电阻率，从而提高电化学活性，然而，W
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单体的导电性和比表面积均相对降低，这制约了其作为电容去离子电极材料的应用。现有W
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的复合材料主要包括：W
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/石墨烯复合材料、W
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Or/>49
/碳复合材料、W
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/Ti3C2复合材料，这其中W
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/石墨烯复合材料是由表面包覆有石墨烯材料的W
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前驱体经煅烧制得，是一种由石墨烯包覆W
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球体而形成的复合材料，且W
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/碳复合材料也是由表面包覆有聚多巴胺的磷钨酸铵经煅烧制得，是一种由碳材料包覆W
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球体而形成的复合材料，然而，无论是W
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/石墨烯复合材料，还是W
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/碳复合材料，它们均仍然存在电容去离子性能较差的缺陷，如离子扩散速率慢、比电容低、电吸附能力差、稳定性差等，难以兼具双电层电容和赝电容特性，因而难以表现出更加优异的电容去离子性能，特别的，W
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/碳复合材料的电容去离子性能相比于W
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/石墨烯复合材料更差，分析其原因可能是W
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/碳复合材料中仍然存在尺寸不均一、易团聚等缺陷，从而导致复合材料的比表面积小、吸附位点少、稳定性差且导电性差，因而不具备优异的电容去离子性能。另外，作为W
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/Ti3C2复合材料的典型代表，在本申请专利技术人所在课题组前期提出的由W
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纳米针通过静电作用固定在Ti3C2纳米片的层间和表面上所复合而得的氧化钨/碳化钛复合电极材料中，虽然W
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纳米针的使用可以扩大Ti3C2纳米片的层间距，以及提高Ti3C2纳米片的比表面积，为离子存储提供了更大的空间，但是该氧化钨/碳化钛复合电极材料仍然存在电吸附能力不足等缺陷，其根本原因在与该氧化钨/碳化钛复合电极材料仍然存在比表面积小、吸附活性位点少等缺陷，因而也难以表现出更加优异的电容去离子性能。特别的，石墨烯和Ti3C2的价格昂贵，不利于降低使用成本，也会限制其广泛应用。此外，在本申请专利技术人的前期研究中还发现：现有W
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的制备方法主要通过水热法和煅烧法制得，然而，上述的这些方法中，仍然难以制备表面积大、导电性好、缺陷少、结晶度高、尺寸小且均一、稳定性好的W
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材料，特别的，直接对W
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前驱体进行煅烧所制备的W
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材料或W
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复合材料中容
易产生更多的缺陷，这也是W
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材料或W
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复合材料难以获得优异电容去离子性能的一个重要原因，与此同时，上述的制备方法还存在操作难度大、工艺复杂、成本高昂、能耗高且容易造成二次污染等缺陷。因此，如何克服上述技术缺陷，以获得一种具有优异电容去离子性能的碳包覆氧化钨复合电极材料以及与之匹配的合成低成本、简便、低能耗的制备方法，对于获得优异性能的电容去离子电极以及低成本的淡化海水极具重要意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术需要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种具有优异电容去离子性能的碳包覆氧化钨复合电极材料，并相应提供一种合成低成本、简便、低能耗的碳包覆氧化钨复合电极材料的制备方法，同时还提供一种上述碳包覆氧化钨复合电极材料在制备电容去离子电极中的应用或在去除水体中盐分中的应用。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：
[0006]一种碳包覆氧化钨复合电极材料，所述碳包覆氧化钨复合电极材料包括实心海胆状氧化钨，所述实心海胆状氧化钨表面包覆有碳材料；所述实心海胆状氧化钨的化学式为W
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。
[0007]上述的碳包覆氧化钨复合电极材料，进一步改进的，所述碳包覆氧化钨复合电极材料中碳的质量百分含量为92.4％；所述实心海胆状氧化钨由水热/溶剂热法制备得到。
[0008]作为一个中的技术构思，本专利技术还提供了一种碳包覆氧化钨复合电极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0009]S1、将实心海胆状氧化钨制成悬浮液，加入盐酸多巴胺，搅拌，得到聚多巴胺/实心海胆状氧化钨混合液；所述实心海胆状氧化钨的化学式为W
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；
[0010]S2、将S1中得到的聚多巴胺/实心海胆状氧化钨混合液进行离心分离，洗涤，干燥，得到聚多巴胺/实心海胆状氧化钨粉末；
[0011]S3、将S2中得到的聚多巴胺/实心海胆状氧化钨粉末进行热处理，得到碳包覆氧化钨复合电极材料。
[0012]上述的制备方法，进一步改进的，所述S1中，所述实心海胆状氧化钨与盐酸多巴胺的质量比为2∶2～3；所述悬浮液由以下方法制得：将实心海胆状氧化钨与Tris缓冲液混合，超声0.5h～1h，得到悬浮液；所述实心海胆状氧化钨与Tris缓冲液的比例为2mg∶1mL～2mL；所述Tris缓冲液的浓本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳包覆氧化钨复合电极材料，其特征在于，所述碳包覆氧化钨复合电极材料包括实心海胆状氧化钨，所述实心海胆状氧化钨表面包覆有碳材料；所述实心海胆状氧化钨的化学式为W
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。2.根据权利要求1所述的碳包覆氧化钨复合电极材料，其特征在于，所述碳包覆氧化钨复合电极材料中碳的质量百分含量为92.4％；所述实心海胆状氧化钨由水热/溶剂热法制备得到。3.一种碳包覆氧化钨复合电极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将实心海胆状氧化钨制成悬浮液，加入盐酸多巴胺，搅拌，得到聚多巴胺/实心海胆状氧化钨混合液；所述实心海胆状氧化钨的化学式为W
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；S2、将S1中得到的聚多巴胺/实心海胆状氧化钨混合液进行离心分离，洗涤，干燥，得到聚多巴胺/实心海胆状氧化钨粉末；S3、将S2中得到的聚多巴胺/实心海胆状氧化钨粉末进行热处理，得到碳包覆氧化钨复合电极材料。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述S1中，所述实心海胆状氧化钨与盐酸多巴胺的质量比为2∶2～3；所述悬浮液由以下方法制得：将实心海胆状氧化钨与Tris缓冲液混合，超声0.5h～1h，得到悬浮液；所述实心海胆状氧化钨与Tris缓冲液的比例为2mg∶1mL～2mL；所述Tris缓冲液的浓度为2mmol/L～10mmol/L，pH为8.5；所述搅拌的时间为4h～12h；所述实心海胆状氧化钨由水热/溶剂热法制备得到，包括以下步骤：以六氯化钨粉末为原料，以无水乙醇为溶剂进行溶剂热反应，得到实心海胆状氧化钨；所述六氯化钨粉末与无水乙醇的比例为1.6g∶50mL；所述溶剂热反应在温度为160℃下进行；所述溶剂热反应的时间为24h。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述S2中，所述干燥在真空条件下；所述干燥的温度为60℃～85℃；所述干燥的时间为12h；所述S3中，所述热处理在惰性气氛下进行；所述惰性气氛为氩气；所述热处理过程中升温速率为1℃1mi1
‑1～5℃1mi1
‑1；所述热处理为先升温至400℃～500℃保持2h～4h，然后升温至750℃～850℃保持2h～4h。6.根据权利要求3～5中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述碳包覆氧化钨复合电极材料包括实心海胆状氧化钨，所述实心海胆状氧化钨表面包覆有碳材料；所述碳包覆氧化钨复合电极材料中碳的质量百分含量为92.4％。7.一种权如利要求1或2所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：邢文乐，梁婕，宛东，
申请(专利权)人：湖南工商大学，
类型：发明
国别省市：