一种碳负载Co3O4复合材料及在超级电容器的应用的制作方法

180。
15.优选的，所述步骤(3)中煅烧的温度为650-750℃，煅烧的时间为1-3h。
16.优选的，所述步骤(4)中氯化钴，尿素和n掺杂多孔碳之间的质量比为300-350:450-520:100。
17.优选的，所述步骤(4)中水热反应的反应温度为160-180℃，反应时间为2-4min。
18.优选的，所述步骤(3)中煅烧的温度为190-210℃，煅烧的时间为3-5h。
19.(三)有益的技术效果
20.与现有技术相比，本发明具备以下实验原理和有益技术效果：
21.该一种n掺杂多孔碳负载花状co3o4复合材料，以木质素为原料，通过使用氧化剂双氧水对其进行氧化处理，将甲氧基氧化成羟基，得到含有大量羟基的氧化木质素，然后在溴化亚铜的催化作用下，氧化木质素的羟基与4-氯-2,2'-联吡啶进行取代反应，得到木质素基联二吡啶，在以木质素为碳源，以联二吡啶为氮源，以氢氧化钾活化剂，使用碳化/活化一步法，制备得到n掺杂多孔碳，接着以其为负载体，以氯化钴为钴源，以尿素为结构导向剂，通过微波辅助水热法制备了具有三维结构的花状co3o4，最终得到n掺杂多孔碳负载花状co3o4复合材料，由于复合材料中不同材料之间的协同作用，复合材料同时具有更高的比电容以及导电性。
22.该一种n掺杂多孔碳负载花状co3o4复合材料，相对于单一的co3o4电极材料，复合材料具有更高的比电容以及导电性，复合材料中co3o4通过原位生长的方式均匀的分布在多孔碳中，两者之间构成了导电率更低的介孔网状结构，这有利于减少电子的传输距离，同时电荷转移电阻也出现降低，氮掺杂能够提升复合材料的导电性，并且有效抑制电极在使用过程中的co3o4的体积膨胀行为，解决了由电极材料粉化而造成的循环稳定差的问题，而且通过与氮掺杂多孔碳的复合，能够有效增加复合材料的活性位点，提升复合材料的比电容量，花状和介孔状的特殊形貌也为复合材料增加了比表面积，使得更多的活性位点能够与电解质接触，达到增加复合材料的比电容的目的。
具体实施方式
23.为实现上述目的，本发明提供如下具体实施方式和实施例：一种n掺杂多孔碳负载花状co3o4复合材料，制备方法包括以下步骤：
24.(1)将木质素超声分散在去离子水，然后添加双氧水和硫酸铁，其中，木质素，双氧水和硫酸铁之间的质量比为100:80-120:40-60，调节ph至1-4，并在50-80℃预处理1-4h，接着用三氯甲烷洗涤并干燥，得到氧化木质素；
25.(2)将氧化木质素溶解在三氯甲烷中，再加入溴化亚铜和4-氯-2,2'-联吡啶，其中，氧化木质素，溴化亚铜和4-氯-2,2'-联吡啶之间的质量比为100:2-4:15-40，进行接枝反应，反应温度为90-120℃，反应时间为2-5h，得到木质素基联二吡啶；
26.(3)将木质素基联二吡啶与氢氧化钾置于研钵中，其中，木质素基联二吡啶与氢氧化钾之间的质量比为100:120-180，搅拌均匀，然后在氮气氛围下进行煅烧，煅烧的温度为650-750℃，煅烧的时间为1-3h，煅烧产物在盐酸溶液中抽滤，再用去离子水洗涤至中性，烘干，得到n掺杂多孔碳；
27.(4)将氯化钴，尿素和n掺杂多孔碳分散在去离子水中，其中，氯化钴，尿素和n掺杂
多孔碳之间的质量比为300-350:450-520:100，搅拌4-8h后，将混合溶液转移至反应釜中，在微波辐射下进行水热反应，反应温度为160-180℃，反应时间为2-4min，待反应结束后，将固体产物在空气中进行煅烧，煅烧的温度为190-210℃，煅烧的时间为3-5h，得到到n掺杂多孔碳负载花状co3o4复合材料。
28.实施例1
29.(1)将木质素超声分散在去离子水，然后添加双氧水和硫酸铁，其中，木质素，双氧水和硫酸铁之间的质量比为100:80:40，调节ph至1，并在50℃预处理1h，接着用三氯甲烷洗涤并干燥，得到氧化木质素；
30.(2)将氧化木质素溶解在三氯甲烷中，再加入溴化亚铜和4-氯-2,2'-联吡啶，其中，氧化木质素，溴化亚铜和4-氯-2,2'-联吡啶之间的质量比为100:2:15，进行接枝反应，反应温度为90℃，反应时间为2h，得到木质素基联二吡啶；
31.(3)将木质素基联二吡啶与氢氧化钾置于研钵中，其中，木质素基联二吡啶与氢氧化钾之间的质量比为100:120，搅拌均匀，然后在氮气氛围下进行煅烧，煅烧的温度为650℃，煅烧的时间为1h，煅烧产物在盐酸溶液中抽滤，再用去离子水洗涤至中性，烘干，得到n掺杂多孔碳；
32.(4)将氯化钴，尿素和n掺杂多孔碳分散在去离子水中，其中，氯化钴，尿素和n掺杂多孔碳之间的质量比为300:450:100，搅拌4h后，将混合溶液转移至反应釜中，在微波辐射下进行水热反应，反应温度为160℃，反应时间为2min，待反应结束后，将固体产物在空气中进行煅烧，煅烧的温度为190℃，煅烧的时间为3h，得到到n掺杂多孔碳负载花状co3o4复合材料。
33.实施例2
34.(1)将木质素超声分散在去离子水，然后添加双氧水和硫酸铁，其中，木质素，双氧水和硫酸铁之间的质量比为100:90:45，调节ph至2，并在60℃预处理2h，接着用三氯甲烷洗涤并干燥，得到氧化木质素；
35.(2)将氧化木质素溶解在三氯甲烷中，再加入溴化亚铜和4-氯-2,2'-联吡啶，其中，氧化木质素，溴化亚铜和4-氯-2,2'-联吡啶之间的质量比为100:2.5:20，进行接枝反应，反应温度为100℃，反应时间为3h，得到木质素基联二吡啶；
36.(3)将木质素基联二吡啶与氢氧化钾置于研钵中，其中，木质素基联二吡啶与氢氧化钾之间的质量比为100:140，搅拌均匀，然后在氮气氛围下进行煅烧，煅烧的温度为680℃，煅烧的时间为1.5h，煅烧产物在盐酸溶液中抽滤，再用去离子水洗涤至中性，烘干，得到n掺杂多孔碳；
37.(4)将氯化钴，尿素和n掺杂多孔碳分散在去离子水中，其中，氯化钴，尿素和n掺杂多孔碳之间的质量比为320:460:100，搅拌5h后，将混合溶液转移至反应釜中，在微波辐射下进行水热反应，反应温度为165℃，反应时间为2.5min，待反应结束后，将固体产物在空气中进行煅烧，煅烧的温度为195℃，煅烧的时间为3.5h，得到到n掺杂多孔碳负载花状co3o4复合材料。
38.实施例3
39.(1)将木质素超声分散在去离子水，然后添加双氧水和硫酸铁，其中，木质素，双氧水和硫酸铁之间的质量比为100:110:50，调节ph至3，并在70℃预处理3h，接着用三氯甲烷
洗涤并干燥，得到氧化木质素；
40.(2)将氧化木质素溶解在三氯甲烷中，再加入溴化亚铜和4-氯-2,2'-联吡啶，其中，氧化木质素，溴化亚铜和4-氯-2,2'-联吡啶之间的质量比为100:3:30，进行接枝反应，反应温度为110℃，反应时间为4h，得到木质素基联二吡啶；
41.(3)将木质素基联二吡啶与氢氧化钾置于研钵中，其中，木质素基联二吡啶与氢氧化钾之间的质量比为100:160，搅拌均匀，然后在氮气氛围下进行煅烧，煅烧的温度为700℃，煅烧的时间为2h，煅烧产物在盐酸溶液中抽滤，再用去离子水洗涤至中性，烘干，得到n掺杂多孔碳；
42.(4)将氯化钴，尿素和n掺杂多孔碳分散在去离子水中，其中，氯化钴，尿素和n掺杂多孔碳之间的质量比为340:4500:100，搅拌6h后，将混合溶液转移至反应釜中，在微波辐射下进行水热反应，反应温度为170℃，反应时间为3min，待反应结束后，将固体产物在空气中进行煅烧，煅烧的温度为200℃，煅烧的时间为4h，得到到n掺杂多孔碳负载花状co3o4复合材料。
43.实施例4
44.(1)将木质素超声分散在去离子水，然后添加双氧水和硫酸铁，其中，木质素，双氧水和硫酸铁之间的质量比为100:120:60，调节ph至4，并在80℃预处理4h，接着用三氯甲烷洗涤并干燥，得到氧化木质素；
45.(2)将氧化木质素溶解在三氯甲烷中，再加入溴化亚铜和4-氯-2,2'-联吡啶，其中，氧化木质素，溴化亚铜和4-氯-2,2'-联吡啶之间的质量比为100:4:40，进行接枝反应，反应温度为120℃，反应时间为5h，得到木质素基联二吡啶；
46.(3)将木质素基联二吡啶与氢氧化钾置于研钵中，其中，木质素基联二吡啶与氢氧化钾之间的质量比为100:180，搅拌均匀，然后在氮气氛围下进行煅烧，煅烧的温度为750℃，煅烧的时间为3h，煅烧产物在盐酸溶液中抽滤，再用去离子水洗涤至中性，烘干，得到n掺杂多孔碳；
47.(4)将氯化钴，尿素和n掺杂多孔碳分散在去离子水中，其中，氯化钴，尿素和n掺杂多孔碳之间的质量比为350:520:100，搅拌8h后，将混合溶液转移至反应釜中，在微波辐射下进行水热反应，反应温度为180℃，反应时间为4min，待反应结束后，将固体产物在空气中进行煅烧，煅烧的温度为210℃，煅烧的时间为5h，得到到n掺杂多孔碳负载花状co3o4复合材料。
48.对比例1
49.(1)将木质素超声分散在去离子水，然后添加双氧水和硫酸铁，其中，木质素，双氧水和硫酸铁之间的质量比为100:60:30，调节ph至0.6，并在40℃预处理0.6h，接着用三氯甲烷洗涤并干燥，得到氧化木质素；
50.(2)将氧化木质素溶解在三氯甲烷中，再加入溴化亚铜和4-氯-2,2'-联吡啶，其中，氧化木质素，溴化亚铜和4-氯-2,2'-联吡啶之间的质量比为100:1.5:12，进行接枝反应，反应温度为70℃，反应时间为1.5h，得到木质素基联二吡啶；
51.(3)将木质素基联二吡啶与氢氧化钾置于研钵中，其中，木质素基联二吡啶与氢氧化钾之间的质量比为100:90，搅拌均匀，然后在氮气氛围下进行煅烧，煅烧的温度为500℃，煅烧的时间为0.6h，煅烧产物在盐酸溶液中抽滤，再用去离子水洗涤至中性，烘干，得到n掺
杂多孔碳；
52.(4)将氯化钴，尿素和n掺杂多孔碳分散在去离子水中，其中，氯化钴，尿素和n掺杂多孔碳之间的质量比为240:360:100，搅拌3h后，将混合溶液转移至反应釜中，在微波辐射下进行水热反应，反应温度为120℃，反应时间为1.5min，待反应结束后，将固体产物在空气中进行煅烧，煅烧的温度为150℃，煅烧的时间为2.4h，得到到n掺杂多孔碳负载花状co3o4复合材料。
53.对比例2
54.(1)将木质素超声分散在去离子水，然后添加双氧水和硫酸铁，其中，木质素，双氧水和硫酸铁之间的质量比为100:180:90，调节ph至5，并在110℃预处理5h，接着用三氯甲烷洗涤并干燥，得到氧化木质素；
55.(2)将氧化木质素溶解在三氯甲烷中，再加入溴化亚铜和4-氯-2,2'-联吡啶，其中，氧化木质素，溴化亚铜和4-氯-2,2'-联吡啶之间的质量比为100:5:50，进行接枝反应，反应温度为180℃，反应时间为7h，得到木质素基联二吡啶；
56.(3)将木质素基联二吡啶与氢氧化钾置于研钵中，其中，木质素基联二吡啶与氢氧化钾之间的质量比为100:220，搅拌均匀，然后在氮气氛围下进行煅烧，煅烧的温度为900℃，煅烧的时间为4h，煅烧产物在盐酸溶液中抽滤，再用去离子水洗涤至中性，烘干，得到n掺杂多孔碳；
57.(4)将氯化钴，尿素和n掺杂多孔碳分散在去离子水中，其中，氯化钴，尿素和n掺杂多孔碳之间的质量比为410:630:100，搅拌10h后，将混合溶液转移至反应釜中，在微波辐射下进行水热反应，反应温度为220℃，反应时间为5min，待反应结束后，将固体产物在空气中进行煅烧，煅烧的温度为250℃，煅烧的时间为6h，得到到n掺杂多孔碳负载花状co3o4复合材料。
58.按质量比80:15:5将复合材料，乙炔黑，聚四氟乙烯粘合剂混合成浆状，再将其涂抹在泡沫镍上，晾干后，使用压片机压平作为工作电极，并使用hg/hgo作为参比电极，铂电极作为对电极，氢氧化钾溶液做电解液，然后使用电化学工作站进行电化学测试，参数设置为：电压范围为0-0.045v，扫描速率为20mv
·
s-1
。
59.60.
技术特征：
1.一种n掺杂多孔碳负载花状co3o4复合材料，其特征在于：所述n掺杂多孔碳负载花状co3o4复合材料的制法包括以下步骤：(1)将木质素超声分散在去离子水，然后添加双氧水和硫酸铁，其中，木质素，双氧水和硫酸铁之间的质量比为100:80-120:40-60，调节ph至1-4，并在50-80℃预处理1-4h，接着用三氯甲烷洗涤并干燥，得到氧化木质素；(2)将氧化木质素溶解在三氯甲烷中，再加入溴化亚铜和4-氯-2,2'-联吡啶，进行接枝反应，得到木质素基联二吡啶；(3)将木质素基联二吡啶与氢氧化钾置于研钵中，搅拌均匀，然后在氮气氛围下进行煅烧，煅烧产物在盐酸溶液中抽滤，再用去离子水洗涤至中性，烘干，得到n掺杂多孔碳；(4)将氯化钴，尿素和n掺杂多孔碳分散在去离子水中，搅拌4-8h后，将混合溶液转移至反应釜中，在微波辐射下进行水热反应，待反应结束后，将固体产物在空气中进行煅烧，得到到n掺杂多孔碳负载花状co3o4复合材料。2.根据权利要求1所述的一种n掺杂多孔碳负载花状co3o4复合材料，其特征在于：所述步骤(2)中氧化木质素，溴化亚铜和4-氯-2,2'-联吡啶之间的质量比为100:2-4:15-40。3.根据权利要求1所述的一种n掺杂多孔碳负载花状co3o4复合材料，其特征在于：所述步骤(2)中接枝反应的反应温度为90-120℃，反应时间为2-5h。4.根据权利要求1所述的一种n掺杂多孔碳负载花状co3o4复合材料，其特征在于：所述步骤(3)中木质素基联二吡啶与氢氧化钾之间的质量比为100:120-180。5.根据权利要求1所述的一种n掺杂多孔碳负载花状co3o4复合材料，其特征在于：所述步骤(3)中煅烧的温度为650-750℃，煅烧的时间为1-3h。6.根据权利要求1所述的一种n掺杂多孔碳负载花状co3o4复合材料，其特征在于：所述步骤(4)中氯化钴，尿素和n掺杂多孔碳之间的质量比为300-350:450-520:100。7.根据权利要求1所述的一种n掺杂多孔碳负载花状co3o4复合材料，其特征在于：所述步骤(4)中水热反应的反应温度为160-180℃，反应时间为2-4min。8.根据权利要求1所述的一种n掺杂多孔碳负载花状co3o4复合材料，其特征在于：所述步骤(4)中煅烧的温度为190-210℃，煅烧的时间为3-5h。

技术总结
本发明涉及新型超级电容器领域，且公开了一种N掺杂多孔碳负载花状Co3O4复合材料，相对于单一的Co3O4电极材料，复合材料具有更高的比电容以及导电性，复合材料中Co3O4通过原位生长的方式均匀的分布在多孔碳中，有利于减少电子的传输距离，同时电荷转移电阻也出现降低，氮掺杂能够提升复合材料的导电性，并且有效抑制电极在使用过程中的Co3O4的体积膨胀行为，解决了由电极材料粉化而造成的循环稳定差的问题，而且通过与氮掺杂多孔碳的复合，能够有效增加复合材料的活性位点，提升复合材料的比电容量，花状和介孔状的特殊形貌也为复合材料增加了比表面积，使得更多的活性位点能够与电解质接触。电解质接触。


技术研发人员：缪伟龙
受保护的技术使用者：抚州盛宏电子有限公司
技术研发日：2023.08.29
技术公布日：2023/10/20