[发明专利]兼具高能量密度和高功率密度的氮掺杂互联中空碳纳米洋葱结构的制备

权利要求书

1.兼具高能量密度和高功率密度的氮掺杂互联中空碳纳米洋葱结构，其特征在于，该制备方法包含以下几个过程：

1)Fe₃O₄纳米颗粒模板的制备：首先按特定比例将Fe₂O₃、油酸和1-十八烯在惰性气体或真空中混合搅拌，在100～340℃的温度区间将混合溶液进行保温发生反应，最终合成出表面修饰有油酸配体的单分散且尺寸均一的Fe₃O₄纳米颗粒，降至室温后用非极性有机溶剂纯化和稀释，获得Fe₃O₄纳米颗粒的分散液。

2)碳化：将Fe₃O₄纳米颗粒分散液置于容器中干燥处理后，在惰性气体或真空中加热至一定温度并保温，降至室温后得到包覆Fe₃O₄纳米颗粒的互联碳结构。

3)纯化：通过酸溶液去除Fe₃O₄纳米颗粒，洗涤干燥后得到互联中空碳结构。

4)石墨化：将互联中空碳结构置于惰性气体或真空中加热至一定温度保温石墨化处理，降至室温后得到互联中空碳纳米洋葱结构。

5)氮掺杂：将互联中空碳纳米洋葱和尿素按照一定的比例混合，研磨后分散在溶剂中进行水热反应，反应结束后，将样品洗涤干燥后置于惰性气体或真空中高温退火处理，得到氮掺杂的互联中空碳纳米洋葱结构。

6)电极的制备和超级电容器的组装：将电极材料涂敷在集流体上，干燥后得到氮掺杂互联中空碳纳米洋葱电极。将其作为正负两个对称电极，中间插入隔膜，进行超级电容器的封装，获得超级电容器器件。

2.如权利要求1所述的兼具高能量密度和高功率密度的氮掺杂互联中空碳纳米洋葱，其特征在于，金属氧化物模板不局限于Fe₃O₄，也包括其他常用金属氧化物如：氧化铝、氧化镍、氧化钴等；表面配体不局限于油酸，也包括其他常用的有机配体，比如油胺、十二硫醇等；溶剂不局限于1-十八烯，也包括其他高沸点有机溶剂，比如二苄醚、二十四烷醇等。

3.如权利要求1所述的兼具高能量密度和高功率密度的氮掺杂互联中空碳纳米洋葱，其特征在于，所述碳化阶段是在300～700℃的温度区间内在惰性气体或真空中保温一段时间。

4.如权利要求1所述的兼具高能量密度和高功率密度的氮掺杂互联中空碳纳米洋葱，其特征在于，所述纯化阶段使用的酸溶液包括盐酸、硝酸、硫酸等常见酸类溶液。

5.如权利要求1所述的兼具高能量密度和高功率密度的氮掺杂互联中空碳纳米洋葱，其特征在于，所述石墨化阶段是在800～1400℃的温度区间内在惰性气体或真空中保温一段时间。

6.如权利要求1所述的兼具高能量密度和高功率密度的氮掺杂互联中空碳纳米洋葱，其特征在于，所述水热过程使用的溶剂包括水、无水乙醇以及水和乙醇的混合液等。

7.如权利要求1所述的兼具高能量密度和高功率密度的氮掺杂互联中空碳纳米洋葱，其特征在于，所述氮掺杂阶段的高温退火处理是在600～1200℃的温度区间内在惰性气体或真空中保温一段时间。