[发明专利]一种应用于超级电容器的铜量子点/活性炭复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及电化学和新能源材料领域，具体涉及一种应用于超级电容器的铜量子点/活性炭复合材料的制备方法。

背景技术

近年来，随着全球电子通讯设备、电动汽车、空间技术等的不断发展以及煤、石油等不可再生化石能源面临日益枯竭的严峻形势，寻找具有高能量、环境友好和可持续的能源储存和转换装置来满足日益增长的能源需求，对超级电容器等储能设备的性能提出了更高的要求。高效电极材料的制备是发展超级电容器的关键，因此开发高比能量、高比功率和良好循环稳定性的电极材料已成为当前研究的热点。通常将超级电容器电极材料大致分为四种类型：即过渡金属氧化物、导电聚合物、碳材料以及它们的复合材料。金属氧化物基超级电容器普遍存在导电性差、受到资源的限制、难于广泛的实用化等缺陷；导电聚合物基超级电容器由于其循环稳定性的问题未能商业化利用。目前商业化的超级电容器主要是活性炭基超级电容器，因为其具有成本低，环境友好，来源丰富和循环寿命长的独特优势。尽管拥有这些优势，但碳基超级电容器由于其低的能量密度(小于10Wh/kg)而限制了其广泛应用。因此，目前超级电容器的研究热点为保持高功率密度和循环稳定性的同时提高其能量密度。一类量子点(quantum dots or QDs)与碳材料结合用作超级电容器或锂离子电池等能源储存和转换装置的电极材料，不仅可以克服单一碳材料的一些不足之处，在实现量子点掺杂的同时还能赋予其新的物理和化学性质。

Hu等[Nanotechnology 24(2013):195401]运用电化学法制备石墨烯量子点-碳纳米管复合材料用于超级电容器；Xia等[Adv.Funct.Mater.25(2015):627]通过热分解法制备氧化铁量子点-石墨烯片复合材料用于超级电容器；Zhou等[Electrochim.Acta.143(2014):175]采用微波辐射合成四氧化三钴量子点-石墨烯复合材料用于锂离子电池等；Jing等[J.Power Sources 298(2015):241]制备了一种超细氧化镍量子点嵌入石墨烯用于非对称超级电容器。

发明专利[申请公布号CN103227317 A]公布了“V₂O₅量子点/石墨烯复合材料及其制备方法”。该发明采用V₂O₅溶胶、用无水乙醇脱水、烘干制备出V₂O₅量子点/石墨烯复合材料，将其用作锂离子电池正极材料活性物质。

发明专利[申请公布号CN104795545 A]公布了“一种二氧化钼量子点嵌入介孔碳纳米片的复合电极材料及其制备方法和应用”。该专利利用钼源分子与多巴胺络合反应为低聚物，在溶解氧的作用下自聚合并组装为三维花状含钼的金属有机化合物，再通过高温碳化过程，制备得到了一种二氧化钼量子点嵌入介孔碳纳米片复合材料，并进一步自组装成三维花状结构，将其用作锂离子电池负极材料。

发明专利[申请公布号CN103441254 A]公布了“锂离子电池用石墨烯负载二氧化锡量子点负极材料的制备方法”。该发明利用湿化学法在相对温和的实验条件下合成了石墨烯负载的二氧化锡量子点。

已有不少的关于量子点以及量子点与其他材料复合用于锂离子电池或超级电容器进行了发明专利，[如申请公布号为CN103204553 B、CN102282646 A、CN103738941 A、CN104150473 A、CN104299797 A和CN104851615 A等]，但关于铜量子点/活性炭复合材料的制备和应用还未见报道，尤其在超级电容器领域。

基于以上事实，本发明利用化学镀的方法在所制备的生物质多孔活性炭上沉积出铜量子点，再经过热处理的方法制备了一种应用于超级电容器的铜量子点/活性炭复合材料。

发明内容

本发明目的是针对已有碳基超级电容器研究现状以及一些不足之处，提出了一种应用于超级电容器的铜量子点/活性炭复合材料的制备方法。

本发明的技术方案为：

一种应用于超级电容器的铜量子点/活性炭复合材料的制备方法，其特征在于包括生物质多孔活性炭材料的制备、化学镀沉积铜量子点以及热处理制备铜量子点/活性炭复合材料。

1、所述的生物质多孔活性炭材料的制备，包括如下步骤：