一种Bi基复合电极材料、制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种Bi基复合电极材料，包括：异质结结构材料，所述异质结结构材料由掺杂有非金属原子的BiOBr和Bi2X3构成；所述非金属原子包括N原子、B原子和F原子；所述X包括O、S、Se和Te中的一种。Bi基复合电极材料的制备方法，包括以下步骤：步骤1，采用溶剂热法制备包括掺杂有非金属原子的BiOBr在内的物质；步骤2，步骤1制备的物质中加入X源，通过还原气体气氛还原获得包括异质结结构材料在内的物质，作为Bi基复合电极材料。本发明专利技术提供的Bi基复合电极材料有望在超级电容器中表现出优异的性能。极材料有望在超级电容器中表现出优异的性能。极材料有望在超级电容器中表现出优异的性能。

【技术实现步骤摘要】
一种Bi基复合电极材料、制备方法及其应用


[0001]本专利技术涉及电化学
，具体涉及一种Bi基复合电极材料、制备方法及应用。

技术介绍

[0002]近年来，超级电容器(又称电化学电容器)的高能量和功率密度以及更好的循环稳定性和更高的充电/放电速率使该技术在储能方面具有广阔的前景。
[0003]随着人们生活绿色环保化及简单快捷化理念的提升，超级电容器已在航空航天、军事工业、电动汽车与混合型动力汽车等大功率电子设备中得到了广泛应用。电极材料是超级电容器的核心，是决定电容器性能的关键因素。目前商用化超级电容器电极多选用碳材料，其能量密度一般仅为3
‑
5Wh
·
kg，远远不能满足各种便携式电子设备及电动汽车飞速发展对高能量密度超级电容器的需求。因此，寻找和开发新型高性能超级电容器电极材料迫在眉睫。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是：寻找和开发新型高性能超级电容器电极材料，本专利技术提供了解决上述问题的一种Bi基复合电极材料、制备方法及应用。
[0005]本专利技术通过下述技术方案实现：
[0006]一种Bi基复合电极材料，包括：异质结结构材料，所述异质结结构材料由掺杂有非金属原子的BiOBr和Bi2X3构成；所述非金属原子包括N原子、B原子和F原子；所述X包括O、S、Se和Te中的一种。
[0007]本专利技术提供的异质结为三维花瓣状材料，在花瓣边缘为硒化铋，花瓣中心为BiOBr。
[0008]进一步可选地，还包括用于负载异质结电极材料的基底。
[0009]进一步可选地，所述基底包括MXene基底。
[0010]进一步可选地，所述MXene基底选自Mo2CT
x
基底、Ti3C2T
x
基底、Ti2CT
x
基底、Cr2CT
x
基底和V2CT
x
基底中的一种或多种。
[0011]一种Bi基复合电极材料的制备方法，用于制备上述的一种Bi基复合电极材料，包括以下步骤：
[0012]步骤1，采用溶剂热法制备包括掺杂有非金属原子的BiOBr在内的物质；
[0013]步骤2，步骤1制备的物质中加入X源，通过还原气体气氛还原获得包括异质结结构材料在内的物质，作为Bi基复合电极材料。
[0014]步骤1中，铋源包括硝酸铋盐；溴源包括十六烷基
‑3‑
甲基溴化铵(CTAB)、溴化钠、溴化钾中的一种或两种以上的组合；溶剂包括乙二醇、乙醇、异丙醇中的一种或两种以上的组合。
[0015]优选地，步骤1中，采用硝酸铋盐作为铋源，采用十六烷基
‑3‑
甲基溴化铵(CTAB)作为溴源。采用乙二醇和/或乙醇作为溶剂。
[0016]本专利技术溴源十六烷基
‑3‑
甲基溴化铵(CTAB)，还可用作成型剂，利于形成花瓣状的异质结结构。
[0017]进一步可选地，所述步骤1中，采用离子液体作为掺杂非金属源；
[0018]优选地，所述离子液体包括1
‑
丁基
‑3‑
甲基咪唑四氟硼酸盐、1
‑
甲基
‑3‑
甲基咪唑四氟硼酸盐、1
‑
乙基
‑3‑
甲基咪唑四氟硼酸盐中的一种或多种。
[0019]具体地，步骤1包括制备步骤：
[0020](1
‑
1)取铋源、离子液体加入到乙二醇中，得到混合溶液A；
[0021](1
‑
2)取溴源溶于乙醇中，得到溶液B；
[0022](1
‑
3)将混合溶液A和溶液B混合；然后加热进行反应。将反应好的溶液进行离心、干燥，得到包括掺杂有非金属原子的BiOBr在内的物质。
[0023]更优选地，将混合溶液A和溶液B混合，搅拌均匀(如，在0℃
‑
300℃的温度下搅拌30min
‑
60min)；将搅拌好的溶液放入反应釜加热5h
‑
10h，温度为120℃
‑
200℃。将反应好的溶液进行离心、干燥，得到包括掺杂有非金属原子的BiOBr在内的物质。
[0024]进一步可选地，所述步骤2中，包括：
[0025]取步骤1制备得的物质，与X源混合，在还原气体气氛下加热发生还原反应。
[0026]进一步可选地，所述X源采用相应的单质粉体。
[0027]如采用X表示O时，直接还原即可；如X表示S时，采用硫粉；如X表示Se时，采用硒粉；如X表示Te时，采用碲粉。
[0028]具体地，步骤2包括制备步骤：
[0029]取步骤1制备得到的物质与X源的单质粉体混合，置于还原性气体气氛下进行还原反应，得到复合电极材料。优选地，还原反应温度为300℃
‑
600℃。
[0030]进一步可选地，步骤1中，还包括加入基底材料，作为异质结结构材料的载体。
[0031]对于各组分的用量，按重量份计，优选如，离子液体的用量为0
‑
2份，铋源的用量为0.1
‑
2份；溴源的用量为0.1
‑
2份；载体的用量为0
‑
1份。X源相对于掺杂有非金属原子的BiOBr的比值为0
‑
1。
[0032]具体地例如：其中离子液体的用量为0
‑
2ml；铋源的用量为0.1
‑
2g；溴源的用量为0.1
‑
2g；载体的用量为0
‑
1g。
[0033]一种Bi基复合电极材料的应用，用于超级电容器。
[0034]本专利技术具有如下的优点和有益效果：
[0035]1、本专利技术提供的Bi基复合电极材料，由掺杂有非金属原子的BiOBr以及Bi2X3(X＝O,S,Se)所构成的异质结结构，具有大的比表面积，从而提高电催化性能；BiOBr/Bi2X3异质结中具有丰富的氧空位，如此不仅暴露了更多的活性位点，而且使中心Bi离子的自旋态更有活性；将N原子、B原子和F原子共掺杂于BiOBr/Bi2X3异质结中，可以进一步增加活性位点数量，提高电负性，从而进一步增强捕获质子的能力。
[0036]2、本专利技术提供的Bi基复合电极材料，选用MXene材料作为基底，用于生长NBF
‑
BiOBr/Bi2X3异质结；由于MXene材料具有出色的金属导电性，通过引入MXene材料可以进一步提高二硫化铼纳米片整体的电导性，加快电子的传输。此外MXene本身具备二维层状结构，能很大程度缓解异质结团聚的现象，增加比表面积，进一步提高活性结合位点的数量。
[0037]3、本专利技术提供的Bi基复合电极材料有望在超级电容器中表现出优异的性能。
[0038]4、本专利技术提供的Bi基复合电极材料的制备方法，原料便宜易得，主要基于水本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Bi基复合电极材料，包括：异质结结构材料，其特征在于，所述异质结结构材料由掺杂有非金属原子的BiOBr和Bi2X3构成；所述非金属原子包括N原子、B原子和F原子；所述X包括O、S、Se和Te中的一种。2.根据权利要求1所述的一种Bi基复合电极材料，其特征在于，还包括用于负载异质结电极材料的基底。3.根据权利要求2所述的一种Bi基复合电极材料，其特征在于，所述基底包括MXene基底。4.根据权利要求2所述的一种Bi基复合电极材料，其特征在于，所述MXene基底选自Mo2CT
x
基底、Ti3C2T
x
基底、Ti2CT
x
基底、Cr2CT
x
基底和V2CT
x
基底中的一种或多种。5.一种Bi基复合电极材料的制备方法，用于制备权利要求1至4任一项所述的一种Bi基复合电极材料，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，采用溶剂热法制备包括掺杂有非金属原子的BiOBr在内的物质；步骤2，步骤1制备的物质中加入X源，通过还原气体...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱振业，任毅，易明杰，张嘉恒，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学深圳，
类型：发明
国别省市：