一种碳氮掺杂钴铝氧化物复合材料及其制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN107170588A(43)申请公布日2017.09.15(21)申请号201710405474.8H01G11/86(2013.01)(22)申请日2017.06.01(71)申请人上海应用技术大学地址200235上海市徐汇区漕宝路120-121号(72)发明人韩生刘平常兴蔺华林陈达明赵志成周嘉伟许广文林静静刘珍珍(74)专利代理机构上海精晟知识产权代理有限公司31253代理人杨军(51)Int.Cl.H01G11/24(2013.01)H01G11/30(2013.01)H01G11/46(2013.01)权利要求书1页说明书5页附图2页(54)发明名称一种碳氮掺杂钴铝氧化物复合材料及其制备方法(57)摘要本发明公开了一种碳氮掺杂钴铝氧化物复合材料及其制备方法。本发明的碳氮掺杂钴铝氧化物为正六边形结构。本发明制备过程包括：将硝酸钴溶液与硝酸铝溶液超声混合，随后加入尿素并进行水热反应，降至室温后直接加入多巴胺进行搅拌并多次洗涤和冻干，在管式炉氮气氛围保护下进行高温煅烧，即得到碳氮掺杂钴铝氧化物复合材料。本发明制备的材料形貌可控，化学性质稳定，应用到超级电容器方面，表现优良的导电性能，较高的比电容和良好的循环性能。CN107170588ACN107170588A权利要求书1/1页1.一种碳氮掺杂钴铝氧化物复合材料的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：1)将硝酸钴溶液和硝酸铝溶液混合后，加入尿素超声混合均匀；2)将超声混合均匀的溶液转移至聚四氟乙烯不锈钢反应釜进行水热反应，水热反应结束后，自然冷却，并用去离子水和乙醇多次离心洗涤，真空干燥得钴铝氢氧化物；3)将钴铝氢氧化物进行溶解，加入多巴胺混合搅拌24h～36h，之后过滤、洗涤并冻干；4)将步骤1)得到的冻干后物料在惰性气氛下在管式炉进行煅烧，得到碳氮掺杂钴铝氧化物。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中，硝酸钴与硝酸铝之间的摩尔比为1:1～5:1，硝酸钴和尿素的摩尔比为1:1～1:5。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中，硝酸钴溶液中，硝酸钴和水的质量体积比为4:1～40:1mg/mL；硝酸铝溶液中，硝酸铝和水的质量体积比为5:1～30:1mg/mL。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述水热反应温度为90～120℃；所述水热反应时间为12～24h。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤3)中，钴铝氢氧化物与多巴胺的质量比为3:1～6:1。6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤4)中，煅烧温度为600～1000℃；煅烧时间为2～4h。7.一种根据权利要求1～6之一所述制备方法得到的碳氮掺杂钴铝氧化物复合材料。8.根据权利要求7所述的碳氮掺杂钴铝氧化物复合材料，其特征在于，其整体形貌为正六边形；碳和氮掺杂在正六边形钴铝氧化物的片层表面。2CN107170588A说明书1/5页一种碳氮掺杂钴铝氧化物复合材料及其制备方法技术领域[0001]本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种碳氮掺杂钴铝氧化物复合材料及其制备方法。背景技术[0002]随着环境污染的加剧和能源危机的加重，新型清洁可再生能源成为人们关注的焦点。超级电容器作为一种储能装置家族中的宠儿，顺应了人们对可再生能源的需求，可以弥补传统蓄电池和燃料电池的缺陷，受到科研者不断的关注，在移动通讯技术、国防科技、航空航天、记忆存储设备、交通运输等领域具有巨大的应用潜力。根据其储能机理的差异，超级电容器可以划分为双电层超级电容器和赝电容超级电容器，这两种超级电容器各有特点。双电层电容器电极材料主要包括含碳材料，具有较好的循环性能，但比电容和能量密度较低；赝电容电容器如过渡金属氧化物、导电聚合物，具有比电容高的优点，但循环性能受到限制，且导电性较差。[0003]过渡金属氧化物，如NiO、Co3O4、Fe2O3等虽然表现出明显的法拉第赝电容氧化还原反应，但其比电容远远低于期望的是理想数值，循环性能还有欠缺，循环寿命较差。与单金属氧化物相比，双金属氧化物具有两种金属的特点，有相对提高的比电容、电导率和电化学活性。这些特点使双金属氧化物成为国内外研究者关注的原因之一。[0004]多巴胺含有丰富碳元素和氮元素，可以作为制备材料的碳氮双元素来源，发挥碳材料的高比表面积和双电层储能特点，同时氮原子的引入增加了极性活性点的亲水性，提高了活性复合材料在电解液中的浸润程度。含氮活性官能团具有碱性特点，可以引入电子给体，这样，含氮的杂原子与电解质离子发生相互作用，发生法拉第赝电容效应，从而进一步提高复合材料的电容。发明内容[0005]为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种碳氮掺杂钴铝氧