[发明专利]一种Mn-Ni双单原子调制CN分级碳管电极材料的制备

说明书

本发明公开了一种Mn‑Ni双单原子调制CN分级碳管电极材料的制备，属于材料技术领域。制备方法包括以下步骤：通过低温自沉积法获得NiO纳米片阵列；通过Mn(NOsubgt;3/subgt;)subgt;2/subgt;·6Hsubgt;2/subgt;O在极性溶液中金属离子的活性对NiO纳米片阵列进行纳米粒子改性获得Mn‑NiO纳米片阵列，最后以三聚氰胺为碳源在惰性气体气氛围下通过化学气相沉积法得到Mn‑Ni双单原子调制的Csubgt;3/subgt;Nsubgt;4/subgt;分级碳管电极材料。该方法以Ni和Mn单原子为吸附和活化位点，改善电极材料与OHsupgt;‑/supgt;离子的吸附能和反应能垒，同时，Mn离子的多价态也增加了电极材料对OHsupgt;‑/supgt;的吸附位点从而提高MnNi‑INCs的储能性能。且工艺步骤简单，成本低廉，产物易得。

技术领域

本发明涉及一种Mn-Ni双单原子调制CN分级碳管电极材料的制备，属于材料技术领域。

背景技术

随着全球碳中和进程的加快，对能源离网存储的需求刺激了高能量密度和安全的储能装置的发展。与锂离子电池相比，超级电容器具有更高的能量密度和功率性能，被认为是下一代储能的候选者。低成本且天然丰富的碳基纳米材料因其高的比表面积和多孔的结构而被广泛用作储能装置的电极材料。然而，体积能量密度低、充放电性能差和反应动力学慢是制约碳基纳米材料储能能力的主要瓶颈。

为了应对这些挑战，人们在材料设计和合成方面投入了大量精力。一个这样的例子，杂原子掺杂碳材料，由于其可调的表面功能、卓越的性能和强大的氧化还原活性而显示出良好的前景。到目前为止，已经做了许多研究，包括N、P和O共掺杂碳、锰掺杂碳微球、Ni掺杂碳纳米管和Fe/Co/Ni掺杂碳纳米管。然而，由于碳基纳米材料的电活性位点不足和表面反应活性低，基于简单的复合对性能的提升仍然非常有限。因此设计一种新颖的结构以实现高表面反应活性并缩短电子/离子扩散路径对于储能材料充分释放其电荷存储容量具有重要意义。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提出了一种Mn-Ni双单原子调制CN分级碳管电极材料的制备，本发明提供了如下方案：

本发明提出了一种Mn-Ni双单原子调制CN分级碳管电极材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将Ni(OAc)₂和(NH₄)₂S₂O₈溶解在去离子水中，超声震荡并搅拌得到淡蓝色的混合溶液，之后将NH₃·H₂O滴入所述混合溶液中混合均匀，变成蓝色的溶液，将碳布(CC)浸入并静置，待NiOOH膜长在碳布(CC)基底上，取出碳布(CC)用去离子水冲洗，去除膜表面未沉积在碳布上的颗粒，烘干、退火得到NiO纳米片阵列(NiO NSs)；

(2)将Mn(NO₃)₂·6H₂O溶于极性溶液中，超声震荡待Mn(NO₃)₂·6H₂O完全溶解后，加热，温度稳定后将步骤(1)制备的NiO纳米片阵列浸入并静置，取出NiO纳米片阵列，用极性溶液清洗，去除NiO纳米片阵列表面的多余的Mn(NO₃)₂·6H₂O，获得MnOOH外包覆在NiO纳米片阵列表面的核壳片状阵列，退火得到Mn-NiO纳米片阵列(MnNi-O NSs)；

(3)将碳源与步骤(2)制备的Mn-NiO纳米片阵列在保护气氛围下加热，即可得到得Mn和Ni金属单原子单分散于C₃N₄分级碳管表面，即为所述Mn-Ni双单原子调制CN分级碳管电极材料(MnNi-ICNs)。