[发明专利]一种具有可调N-TM-C异质结界面的超级电容器电极材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种具有可调N‑TM‑C异质结界面的超级电容器电极材料及其制备方法，属于超级电容器电极材料领域。本发明的电极材料包含一种过渡金属的碳化物和氮化物，构成N‑TM‑C异质结界面，过渡金属碳化物的质量含量为1‑99％，所述过渡金属氮化物的质量含量为1‑99％。所述的制备方法包括的原材料有：提供过渡金属源材料、碳源、氮源、调节异质结界面比例的材料和形成二维带孔片层结构的材料。且通过调控调节异质结界面比例而不改变材料形貌的材料的添加量，实现对二维非层状形貌的调控。本发明通过调节N‑TM‑C异质界面，调节异质结面内在电场，从而改善电解液离子扩散和吸附行为，提高超级电容器性能。

技术领域

本发明涉及一种具有可调N-TM-C异质结界面的超级电容器电极材料的制备方法，属于超级电容器电极材料领域。

背景技术

近年来，随着能源危机和环境污染等问题的日益严重，开发利用新型储能设备势在必行。由于具有高的功率密度，快速充放电，以及循环寿命长等特性，超级电容器已成为混合动力汽车，便携式电子设备以及智能电网中最有前途的储能设备之一。然而，目前所报道的大多数超级电容器的较低能量密度仍未满足实际应用的需要。一般来说，由于离子储存主要发生在电极/电解质界面，电极材料作为超级电容器的核心部件，在决定其性能方面起着至关重要的作用。

在工业应用中，双电层电容器和赝电容器的电极材料仍分别是活性炭和金属氧化物。活性炭通常表现出不规则的形态、较差的石墨化框架和较宽的孔径分布。金属氧化物在赝电容器中的应用受到它们相对较低的电子电导率的严重阻碍，无法在更高速率的环境中跟上能量储存的需求。含过渡金属(Transition Metal，TM)碳/氮化物是近些年快速发展起来的一种类石墨烯二维材料，具有金属级导电性、良好的亲水性及丰富的表面化学，与目前广泛研究的碳基电极材料相比，堆积密度高且具有赝电容特征，有望降低器件体积，被认为在储能电极材料中有巨大的应用潜力。与传统三维多孔材料相比，二维(2D)多孔材料可以暴露出更多的活性位点和更短的离子传输路径，缩小尺度后的量子特性也广受研究者青睐。但二维材料由于维度上的限制，其合成一直是研究难点。而在二维异质结材料中，N-TM-C异质结界面由于存在更多的活性位点，可以促进电子转移，费米能级的差距能够重新分配电子，优化电子结构从而促进材料内在电场的构建。在超级电容器电极中，这样的性质有助于电解液离子的扩散行为，有望作为高性能超级电容器材料。异质界面的调整可以调控材料异质结面的内在电场，从而调控电解液离子的扩散行为，改善电极材料的电化学性能。因此，开发出方便的可调节N-TM-C异质结界面，且具有二维片层结构的异质结材料的制备方法非常有意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有可调N-TM-C异质结界面的超级电容器电极材料的制备方法。本发明的电极材料包含一种过渡金属的碳化物和氮化物，构成N-TM-C异质结界面，过渡金属碳化物的质量含量为1-99％，所述过渡金属氮化物的质量含量为1-99％。所述的制备方法包括的原材料有：提供过渡金属源材料、碳源、氮源、调节异质结界面比例的材料和形成二维带孔片层结构的材料。

一种具有可调N-TM-C异质结界面的超级电容器电极材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤一、将含过渡金属源材料溶于去离子水中，超声分散后，加入碳源，常温搅拌；

步骤二、持续搅拌，加入造孔材料和调节异质结界面比例而不改变材料形貌的材料；

步骤三、加入一定量形成二维片层结构的材料，干燥后在一定温度下煅烧；待冷却后酸洗、离心分离和干燥，得到电极材料。

步骤一所述含过渡金属源材料为：四水合钼酸铵((NH₄)₆Mo₇O₂₄·4H₂O)

步骤一所述碳源为：二-甲基咪唑(2-mlm)