[发明专利]一种制备超级电容器用多孔类石墨烯纳米片的方法

说明书

本发明公开了一种制备超级电容器用多孔类石墨烯纳米片的方法，属于碳材料制备技术领域。该方法以直线型蒽分子为碳源，以纳米氧化镁和氢氧化钾作为模板剂和活化剂，三者按照合适的比例研磨混合均匀后，在炉内，在流动的氩气气氛下，加热制得混合物，再通过酸洗水洗等净化方法获得超级电容器用多孔类石墨烯纳米片。本发明所得多孔类石墨烯纳米片的比表面积高，介于1457～2343m2/g之间，平均孔径介于2.39～3.32nm之间。所得多孔类石墨烯纳米片作为超级电容器电极材料，在电流密度为0.05A/g时，其比容达268F/g；电流密度增大到20A/g时，其比容保持为204F/g，显示了很高的容量和很好的速率性能。

技术领域

本发明属于碳材料制备技术领域，具体涉及一种采用直线型蒽分子为碳源超级电容器多孔类石墨烯纳米片的制备方法。

背景技术

超级电容器，也叫双电层电容器，是一种具有充放电速度快、功率密度高、循环稳定性好以及安全系数高的储能元件。近年来，随着对储能器件要求的不断提升，很多学者将目光投向了超级电容器。

要想获得高性能的超级电容器，需要充分地了解影响其性能的因素。超级电容器的性能主要受集流体、电极材料、电解液与隔膜等组件因素的影响。其中，对超级电容器性能起决定性作用的是电极材料。由于多孔碳具有比表面积高、廉价易得、适合工业化生产等优点，受到了广大学者的青睐。目前制备多孔碳材料的原料主要有化石类、生物质类和聚合物等。

蒽是煤焦化过程中得到的一种有蓝紫色荧光的色片状晶体，密度(1.283g/cm³)，大于水。蒽分子组成简单，分子式为C₁₄H₁₀，它是一种含有三个苯环的直线型分子，其三个苯环的中心在一条直线上，对称性非常高，是合成多孔类石墨烯纳米片潜在的原料。蒽是生产发光材料、涂层材料以及农业上制备杀虫剂等的重要原料。

本发明以蒽分子为碳源，具有原料纯度高、廉价易得且富含芳环的结构单元、容易在模板限域的纳米空间内形成导电性好的多孔类石墨烯纳米片的优点。以廉价的焦化副产物蒽为碳源，不但原料来源丰富，而且能够提高副产物的附加值，同时采用纳米氧化镁为模板也可以降低生产成本。

目前，缺乏一种比表面积高的采用直线型蒽分子为碳源制备超级电容器用多孔类石墨烯纳米片的方法。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题，提供一种比表面积高的采用直线型蒽分子为碳源制备超级电容器用多孔类石墨烯纳米片的方法。

为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：一种制备超级电容器用多孔类石墨烯纳米片的方法，具体包括如下步骤：

(1)反应物的预处理：分别称取氢氧化钾、纳米氧化镁和蒽，其中：氢氧化钾研磨成粉末，与纳米氧化镁混合均匀，然后将蒽、氢氧化钾与纳米氧化镁的混合物研磨混合均匀，得到反应物。

所述氢氧化钾的质量占氢氧化钾、纳米氧化镁和蒽三者混合物总质量的2/5～6/11，所述氢氧化钾与蒽的质量比为2:1～3:1。

(2)多孔类石墨烯纳米片的制备：将反应物放入刚玉舟中，然后将所述刚玉舟放置于水平管式炉内，通入氩气将管式炉内的空气排净，在升温条件下进行反应，反应结束后自然冷却至室温，将得到的产物取出研磨、洗涤、干燥、过筛，得到多孔类石墨烯纳米片。

进一步的，所述步骤(1)中：蒽、纳米氧化镁、氢氧化钾三者的质量比为2:3:6。

进一步的，所述步骤(2)中的升温条件为以5℃/min的升温速率将管式炉加热至220℃，恒温30min，继续以5℃/min的升温速率将管式炉加热至终温800～1000℃，恒温1h。

更进一步的，所述步骤(2)中，将管式炉加热至终温900℃。

进一步的，所述步骤(2)中的洗涤是将产物依次经酸洗、蒸馏水洗涤至中性。