[发明专利]一种超级电容器材料MoO2/石墨烯/g-C3N4的制备方法

说明书

本发明公开了一种超级电容器材料MoO₂/石墨烯/g‑C₃N₄的制备方法，属于复合材料制备技术领域。包括以下几个步骤：1)将氧化石墨烯分散于去离子水中，细胞粉碎机粉碎，然后加入钼盐前驱体和封端剂组成的混合溶液，搅拌混合均匀，制备得到氧化石墨烯‑钼盐‑钠盐的混合溶液体系；2)调整pH后在反应釜中进行水热反应；3)用水和乙醇清洗，低温真空干燥，得到MoO₂复合氧化石墨烯材料；4)将MoO₂复合氧化石墨烯材料与碳氮前驱体机械混合，并在高温氩气保护气氛下高温煅烧，冷却至室温后，即可制备得到MoO₂/石墨烯/g‑C₃N₄复合材料。本发明的制备方法简单易行，成本低廉，所得到的复合材料超级电容器的比容量显著的提高，具有良好的循环充放电稳定性。

技术领域

本发明属于复合材料制备技术领域，具体涉及一种超级电容器材料MoO₂/石墨烯/g-C₃N₄的制备方法。

背景技术

超级电容器是一种新型电容器，又叫做双电层电容器、法拉电容，在储能过程中不发生化学反应，是一种绿色能源。超级电容器的容量产生是靠离子导电形成的双电荷层实现的，在很小的体积下达到法拉级的容量。与电池相比，无须特别的充电电路和控制放电电路，过充、过放都不对其寿命构成负面影响，充放电次数可达50万次，内阻较小，功率密度是锂离子电池的数十倍以上，可以大电流放电。且超级电容器在其额定电压范围内可以被充电至任意电位，且可以完全放电 (放电至0V)；而电池则受自身化学反应限制工作在较窄的电压范围(U～1/2U)，如果过放可能造成永久性破坏。超级电容器产品虽然问世不久，但由于它具有特殊的优点，在汽车(特别是电动汽车、混合燃料汽车和特殊载重车辆)、电力、铁路、通信、国防、消费性电子产品等方面有着巨大的应用价值和市场潜力，因而被世界各国所广泛关注，其前景是非常广阔。

随着全球人口的增长和城市化进程，人类对于能源的需求离不开持续的供应，更重要的是，这些能源必须要绿色、环保和可持续。在我国生态文明建设的新形势下，新能源技术的发展为能源的可持续利用提供了重要保障。其中，超级电容器作为一种可快速充放电、电容高、功率密度高的新能源器件而备受瞩目，而广泛使用在电子设备的可充放电的锂电池由于其内部的氧化还原反应而不能快速放电，因而超级电容器可以广泛用作二次电池的替代品。这使得超级电容器在新能源汽车、公交车充电桩等设备领域发挥了重要作用。

钼类金属氧化物作为电容器所使用的电化学材料已经被广泛报道，但是钼氧化物直接用作超级电容器的电极结构往往不稳定，不同的制备方法造成钼氧化物电极放电比容量参差不齐，使其难以满足容量日益增长的新能源器件的充电需求。石墨烯作为一种新型二维功能材料的发现于2010年获得诺贝尔物理学奖，由于其优异的导电性(10⁶ S/m)，高的电子迁移率[2×10⁵cm²·(V·s)^–1]和巨大比表面积(2600m² /g以上)而广泛用于电化学储能领域。而另一种具有类石墨烯结构的光催化类g-C₃N₄材料尽管导电性能一般，但其电化学性能优异，具有较高的放电比容量和倍率性能，更重要的是，制备碳氮的前驱体碳氮前驱体价格十分便宜，如果能够将三种材料复合，则有助于开发性价比高，放电比容量大，复合结构致密的超级电容器三元电极材料，有利于促进超级电容器的商业化。

发明内容

为了克服现有单相的MoO₂由于其结构不稳定、比容量低、前驱体碳材料成本高、与碳材料复合用于超级电容器电极性能不够优异等的难题，本发明提供一种超级电容器材料MoO₂/石墨烯/g-C₃N₄的制备方法，该方法成本低廉，所得到的复合材料显著地提高了超级电容器的比容量，具有良好的循环充放电稳定性。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：