[发明专利]表面原位生长硫化钼纳米片的B、N共掺杂多孔碳材料及制备方法和应用

说明书

表面原位生长硫化钼纳米片的B、N共掺杂多孔碳材料及制备方法和应用。涉及超级电容器技术领域，解决了电极材料比电容、电导率、循环寿命及能量密度低的问题。表面原位生长硫化钼纳米片的B、N共掺杂多孔碳材料的制备方法：碳纤维布浸入含有多嵌段共聚物、硼酸和尿素的混合溶液中，进行化学浴反应，通过洗涤、干燥得到修饰后的碳纤维布；再放入管式炉中，以氮气为保护气升温至特定温度后持续煅烧，得到的B、N掺杂三维多孔碳；浸入含有钼酸铵和硫脲的混合溶液中进行热反应得到表面原位生长硫化钼纳米片的B、N共掺杂多孔碳材料。还提供了上述材料以及该材料作为电极材料的应用。本发明工艺简单、低成本，在超级电容器领域具有良好应用前景。

技术领域

本发明涉及柔性超级电容器技术领域，尤其涉及表面原位生长硫化钼纳米片的B、N共掺杂多孔碳材料。

背景技术

化石燃料的枯竭与温室气体的排放，导致全球对可再生能源的需求不断增加，但具有广阔应用前景的可再生能源，如风能、太阳能和潮汐能，因其不连续性、无法人为调控以及转化效率低等缺陷，而难以被直接利用。因此我们迫切需要一种高效的储存与转化系统作为介质来调节电力输出以及提高电网对清洁能源的耐受能力。在各种储能设备中，电池和超级电容器以各自独特的优势成为了两种主流的电化学储能技术。

超级电容器作为一类新兴储能装置，它介于传统平板电容器和电池之间。在某些应用中已经优于甚至可以取代电池，这归功于它可以安全地提供较高的功率密度和充电效率，并具有极长的循环寿命。

超级电容器因其储能机理主要可分为双电层电容器和赝电容电容器。双电层电容器的电极材料主要为活性炭、碳纳米管或石墨烯等碳材料，这一类的超级电容器具有极其优秀的循环稳定性，但其自身的低理论电容也成为了限制其发展的重要因素。赝电容型超级电容器的电极材料主要为过渡金属化合物，过渡金属化合物电极材料具有高比电容、化学稳定性、低成本、对环境无害和形态多样性等优点，但其低电导率和低循环寿命限制了其作为赝电容材料的应用。另外，超级电容器的电荷存储主要依靠的是电极材料的表面或近表面反应，虽免于材料体相中缓慢的离子扩散，却也因有限的活性材料利用率，难以提供更高的能量密度。

发明内容

为了解决现有电极材料比电容、电导率、循环寿命以及能量密度低的问题，本发明提出了一种表面原位生长硫化钼纳米片的B、N共掺杂多孔碳材料及制备方法和应用。

本发明的具体技术方案如下：

一种表面原位生长硫化钼纳米片的B、N共掺杂多孔碳材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：将碳纤维布浸入含有多嵌段共聚物、硼酸和尿素的混合溶液中，进行化学浴反应，通过洗涤、干燥得到修饰后的碳纤维布；

步骤二：退火法制备B、N掺杂三维多孔碳；将修饰后的碳纤维布放入管式炉中，以氮气为保护气，升温至特定温度后持续煅烧；

步骤三：溶剂热法在B、N掺杂三维多孔碳表面原位生长硫化钼；将步骤二所得到的B、N掺杂三维多孔碳浸入含有钼酸铵和硫脲的混合溶液中进行热反应，得到表面原位生长硫化钼纳米片的B、N共掺杂多孔碳材料。

优选地，步骤一中所述混合溶液中多嵌段共聚物的浓度为30g/L-50g/L，所述硼酸的浓度为2g/L-4g/L，所述尿素的浓度为30g/L-50g/L。

优选地，步骤一中所述多嵌段共聚物为丙烯-乙烯嵌段共聚物、苯乙烯-环氧乙烷嵌段共聚物、聚氧丙烯-聚氧乙烯共聚物或聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物。

优选地，步骤一中所述多嵌段共聚物为聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物。

优选地，步骤一中所述化学浴反应的温度为60℃-90℃，反应时间为8h-24h。

优选地，步骤二中所述升温的升温速率为2℃/min-5℃/min，所述特定温度为600℃-1000℃，所述煅烧的时间为3h-6h。