[发明专利]一种玉米芯衍生活性炭电极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种玉米芯衍生活性炭电极材料及其制备方法。具体制备工艺步骤如下：首先，将农业废弃物玉米芯浸泡于不同浓度的氢氧化钾溶液中，干燥后高温煅烧；然后，将所得的产物与氢氧化钾按照不同的比例进行第二次混合研磨，高温煅烧，进而制得玉米芯衍生分级多孔活性炭材料。本发明的玉米芯衍生分级多孔活性炭材料具有微孔和介孔双重分级结构。将其用作超级电容器电极材料，表现出良好的比容量和优异的倍率性能。本制备方法具有新颖、操作简单、制备成本低等优点。

技术领域

本发明涉及一种电极材料的制备方法，尤其涉及一种玉米芯衍生分级多孔活性炭超级电容器电极材料及制备方法；属于新能源材料领域。

背景技术

生物质碳材料作为超级电容器电极材料受到科研人员的广泛关注。常用的生物质主要是传统的农林业生物质，包括各种农作物秸杆、木材、果壳、果核、稻壳等。其中，农业废弃生物质衍生碳材料由于具有成本低廉、环境友好、发达的多孔结构等优点，因此，将其作为超级电容器电极材料成为目前的研究热点。但是农业废弃生物质衍生碳材料制备工艺繁琐，条件苛刻，且比表面积较小，孔径分布不易调控限制了其在超级电容器中的应用。

针对农业废弃生物质衍生碳材料存在的问题，Ding (Chem Eng Journal, 2013,225: 300-305)等人采用硫酸催化水解玉米芯，水热碳化，最后进行活化，进而合成具有高比表面积（3611 m²/g）的球形多孔炭。但是，该多孔炭材料的制备过程复杂，条件要求苛刻，可重复性低。Li等人(Energy Environ. Sci. 2016, 9, 102-106)通过氢氧化钾活化和后续的氨气掺氮制备了掺氮分级多孔活性炭，用作超级电容器电极材料表现出来良好的电化学性能。虽然该多孔活性炭材料的制备工艺简单，但是，腐蚀性较强的氨气对环境污染较为严重。因此，寻找一种简单绿色环保的孔径可控的多孔碳材料制备方法具有重大的科学意义和社会效益。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现存制备技术的不足，提供了一种简单、安全的高比表面积玉米芯衍生分级多孔活性炭超级电容器电极材料，同时具有微孔和介孔双重孔结构，同时活性炭的孔径大小可进行有效调控；该方法制备的玉米芯衍生分级多孔活性炭超级电容器电极材料用作超级电容器电极材料时，能极大的提高其比容量以及倍率性能。

本发明的制备方法，制备过程简单，安全系数高，无需模板且具有高的比表面。

本发明是通过以下措施来实现的：

本发明公开了一种玉米芯衍生活性炭电极材料，其特征是采用以下方法制成：

（1）将农业废弃物玉米芯浸泡于浓度为15%～50%的氢氧化钾溶液中，控制玉米芯和氢氧化钾的比例为1:1～6，待充分浸泡后取出干燥，并进行高温煅烧，煅烧温度为600℃～1000℃，保温时间为1～6 h；将煅烧后的物质进行洗涤、离心和干燥处理后，得到第一次活化产物；

（2）将步骤1所得产物与氢氧化钾按重量比为1：0.5～4进行充分研磨混合，进行高温煅烧，煅烧温度为600℃～1000℃，保温时间为1～6 h，然后进行洗涤、离心和干燥处理得到玉米芯衍生活性炭电极材料。

所述的电极材料，优选的，所述活性炭材料具有微孔-介孔双重孔结构，其中微孔尺寸为0.1～2 nm，介孔范围约为2～10 nm，比表面积为1000～3000 m2/g。

所述的电极材料，优选的，步骤1中，所述氢氧化钾溶液的浓度为25%～30%；步骤2中，所述产物与氢氧化钾按重量比例为1:1～3。

所述的电极材料，优选的，所述洗涤溶液为稀盐酸和去离子水；洗涤后的溶液的PH值为7；所述干燥处理的温度为50℃～120℃，干燥时间为6～24 h。

本发明还公开了一种玉米芯衍生分级多孔活性炭超级电容器电极材料的制备方法，其特征是具体步骤如下：