本發(fā)明屬于新能源電子材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種葡萄糖基多孔碳超級(jí)電容器電極材料的制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

葡萄糖，是自然界分布最廣且最為重要的一種單糖，它是一種多羥基醛，可以做為碳前驅(qū)體來制備活性碳材料。Yang等人通過石墨烯和葡萄糖球復(fù)合，得到了一種電性能比較好的鋰離子電池材料，在5A/g充放電電流密度下，可逆比容量最大可達(dá)925mAh/g（Yongqiang Yang, Ruiqing Pang, Xuejiao Zhou, Yan Zhang, Haixia Wu，Shouwu Guo，Composites of chemically-reduced graphene oxide sheets and carbon nanospheres with three-dimensional network structure as anode materials for lithium ion batteries，Journal of Materials Chemistry，2012，22，23194-23200）。Wu等人通過葡萄糖和聚苯胺復(fù)合，得到了一種電性能比較好的超級(jí)電容器電極材料，在100mA/g的比電容為351.7F/g（Chun Wu, Xianyou Wang, Bowei Ju, Xiaoyan Zhang, Lanlan Jiang, Hao Wu，International Journal of Hydrogen Energy，Supercapacitive behaviors of activated mesocarbon microbeads coated with polyaniline，2012，37，14365-14372）。

中國(guó)專利文獻(xiàn)CN103714979A公開了一種超級(jí)電容器用磷摻雜多孔碳材料及其制備方法，包括以下步驟：（1）將碳水化合物和無機(jī)酸按質(zhì)量比1~10分別加入去離子水中，去離子水的用量為碳水化合物的2~5倍，然后以100~500r/min的攪拌速率攪拌1~5小時(shí)；（2）將步驟（1）得到的混合溶液置于溫度為100~200^oC的鼓風(fēng)干燥箱中預(yù)反應(yīng)12~48小時(shí)，得到固體混合物；（3）將步驟（2）得到的預(yù)反應(yīng)產(chǎn)物置于高溫炭化爐中，在氮?dú)鈿夥障拢?~10^oC/min的升溫速率將溫度上升至700~900^oC，恒溫碳化0.5~5小時(shí)，然后自然冷卻至室溫，制得磷摻雜多孔碳材料。但是該方法得到的磷摻雜多孔碳材料做電極材料時(shí)，比電容較低，當(dāng)以1mol/L的H₂SO₄為電解液，恒電流放電電流密度在0.1A/g時(shí)比電容僅為320F/g。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種比電容高、循環(huán)性能好的葡萄糖基多孔碳超級(jí)電容器電極材料的制備方法和應(yīng)用。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

根據(jù)本發(fā)明，一種葡萄糖基多孔碳超級(jí)電容器電極材料的制備方法，包括步驟如下：

（1）將葡萄糖、硫脲以及十二烷基硫酸鈉溶于100ml蒸餾水中，超聲5min，然后轉(zhuǎn)移到聚四氟乙烯的反應(yīng)釜中，在160~200^oC水熱反應(yīng)2~6h，得反應(yīng)液；所述葡萄糖、硫脲和十二烷基硫酸鈉的摩爾比為10~40:1:0.28；

（2）將步驟（1）得到的反應(yīng)液經(jīng)過濾、蒸餾水以及乙醇分別洗三次，然后在40~80^oC下干燥8~12h，得葡萄糖基碳材料；

（3）將步驟（2）得到的葡萄糖基碳材料浸漬于KOH水溶液中12~48h，經(jīng)干燥，然后在氬氣保護(hù)下于650~850^oC活化2~4h，自然冷卻至室溫，得碳材料；所述葡萄糖基碳材料與KOH的質(zhì)量比為0.5:1~2:1；所述KOH水溶液中KOH的質(zhì)量濃度為1~5wt%；

（4）將步驟（3）得到的碳材料用酸溶液洗滌，然后用蒸餾水洗滌至中性；

（5）將步驟（4）得到的產(chǎn)物在40~80^oC下干燥8~12h后，即得葡萄糖基多孔碳超級(jí)電容器電極材料。

根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，步驟（1）中所述的葡萄糖、硫脲和十二烷基硫酸鈉的摩爾比是20:1:0.28。

根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，步驟（1）中所述的水熱反應(yīng)溫度是180^oC。

根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，步驟（1）中所述的水熱反應(yīng)時(shí)間是4h。

根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，步驟（3）中所述的活化溫度是750^oC。

根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，步驟（3）中所述的葡萄糖基碳材料與KOH的質(zhì)量比是1:1。

根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，步驟（3）中所述的活化時(shí)間是3h。

根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，步驟（4）中所述的酸溶液是鹽酸溶液，其可以通過商業(yè)途徑獲得。

一種葡萄糖基多孔碳超級(jí)電容器電極材料應(yīng)用于超級(jí)電容器電極材料。

本發(fā)明的技術(shù)優(yōu)勢(shì)如下：

(1) 本發(fā)明制備過程簡(jiǎn)單，具有可控性，可以通過控制葡萄糖與KOH的比例來控制碳材料的比表面積及孔結(jié)構(gòu)；

(2) 本發(fā)明制備得到的葡萄糖基多孔碳超級(jí)電容器電極材料具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、電化學(xué)性能優(yōu)異、循環(huán)性能好以及比電容量高等優(yōu)點(diǎn)，非常適合作為電極材料應(yīng)用于超級(jí)電容器領(lǐng)域；

(3)本發(fā)明經(jīng)過硫脲摻雜后，仍能保持中空球狀結(jié)構(gòu)，且電性能得到大幅度提高。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1制得的葡萄糖基多孔碳超級(jí)電容器電極材料的掃描電鏡圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例1制得的葡萄糖基多孔碳超級(jí)電容器電極材料的透射電鏡圖。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例1制得的葡萄糖基多孔碳超級(jí)電容器電極材料的恒電流充放電圖。

圖4為本發(fā)明實(shí)施例1制得的葡萄糖基多孔碳超級(jí)電容器電極材料5000次循環(huán)充放電圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說明，但不限于此。

同時(shí)下述實(shí)施例中所述實(shí)驗(yàn)方法，如無特殊說明，均為常規(guī)方法；所述試劑和材料，如無特殊說明，均可從商業(yè)途徑獲得。

實(shí)施例1：

將8.9g葡萄糖、0.188g硫脲以及0.2g十二烷基硫酸鈉溶于100ml蒸餾水中，超聲5min，然后轉(zhuǎn)移到聚四氟乙烯的反應(yīng)釜中，在180^oC水熱反應(yīng)4h；經(jīng)過濾、蒸餾水以及乙醇分別洗三次，然后在40^oC下干燥8h，得葡萄糖基碳材料；所述葡萄糖、硫脲和十二烷基硫酸鈉的摩爾比為20:1:0.28；

將0.05g葡萄糖基碳材料浸漬于2.5g質(zhì)量濃度為2wt%KOH溶液中24h，經(jīng)干燥，然后在氬氣保護(hù)下于750^oC活化3h，自然冷卻至室溫；其中，葡萄糖基碳材料與KOH的質(zhì)量比為1:1；

將上述得到的產(chǎn)物用稀酸溶液洗滌，然后用蒸餾水洗滌至中性；得到的產(chǎn)物在60^oC下干燥10h后，即得葡萄糖基多孔碳超級(jí)電容器電極材料。

采用三電極體系，以6mol/L氫氧化鉀溶液為電解液，1A/g測(cè)得比電容為281F/g，穩(wěn)定性較好。

本實(shí)施例制得的葡萄糖基多孔碳超級(jí)電容器電極材料的掃描電鏡圖如圖1所示，由圖1可知聚合物是由大小不一的小球構(gòu)成。

本實(shí)施例制得的葡萄糖基多孔碳超級(jí)電容器電極材料的透射電鏡圖如圖2所示，由圖2可知構(gòu)成聚合物的小球是中空結(jié)構(gòu)。

本實(shí)施例制得的葡萄糖基多孔碳超級(jí)電容器電極材料的恒電流充放電如圖3所示，由圖3可知，1A/g測(cè)得比電容為281F/g，2A/g測(cè)得比電容為205F/g，3A/g測(cè)得比電容為183F/g，倍率性能較好。

本實(shí)施例制得的葡萄糖基多孔碳超級(jí)電容器電極材料5000次循環(huán)充放電如圖4所示，由圖4可知，該材料的在經(jīng)過5000次循環(huán)充放電后，比電容提高了7%，循環(huán)性能較好。

實(shí)施例2：

將8.9g葡萄糖、0.188g硫脲以及0.2g十二烷基硫酸鈉溶于100ml蒸餾水中，葡萄糖與硫脲的摩爾比為20:1，超聲5min，然后轉(zhuǎn)移到聚四氟乙烯的反應(yīng)釜中，在180^oC水熱反應(yīng)4h；經(jīng)過濾、蒸餾水以及乙醇分別洗三次，然后在40^oC下干燥8h，得葡萄糖基碳材料；所述葡萄糖、硫脲和十二烷基硫酸鈉的摩爾比為20:1:0.28；

將0.05g葡萄糖基碳材料浸漬于5g質(zhì)量濃度為2wt%KOH溶液中24h，經(jīng)干燥，然后在氬氣保護(hù)下于750^oC活化3h，自然冷卻至室溫；其中，葡萄糖基碳材料與KOH的質(zhì)量比為0.5:1；

將上述得到的產(chǎn)物用稀酸溶液洗滌，然后用蒸餾水洗滌至中性；得到的產(chǎn)物在60^oC下干燥10h后，即得葡萄糖基多孔碳超級(jí)電容器電極材料。

采用三電極體系，以6mol/L氫氧化鉀溶液為電解液，1A/g測(cè)得比電容為208F/g，穩(wěn)定性較好。

實(shí)施例3：

將8.9g葡萄糖、0.188g硫脲以及0.2g十二烷基硫酸鈉溶于100ml蒸餾水中，葡萄糖與硫脲的摩爾比為20:1，超聲5min，然后轉(zhuǎn)移到聚四氟乙烯的反應(yīng)釜中，在180^oC水熱反應(yīng)4h；經(jīng)過濾、蒸餾水以及乙醇分別洗三次，然后在40^oC下干燥8h，得葡萄糖基碳材料；所述葡萄糖、硫脲和十二烷基硫酸鈉的摩爾比為20:1:0.28；

將0.05g葡萄糖基碳材料浸漬于1.25g質(zhì)量濃度為2wt%KOH溶液中24h，經(jīng)干燥，然后在氬氣保護(hù)下于750^oC活化3h，自然冷卻至室溫；其中，葡萄糖基碳材料與KOH的質(zhì)量比為2:1；

將得到的產(chǎn)物用稀酸溶液洗滌，然后用蒸餾水洗滌至中性；得到的產(chǎn)物在60^oC下干燥10h后，即得葡萄糖基多孔碳超級(jí)電容器電極材料。

采用三電極體系，以6mol/L氫氧化鉀溶液為電解液，1A/g測(cè)得比電容為270F/g，穩(wěn)定性較好。

實(shí)施例4：

將8.9g葡萄糖、0.188g硫脲以及0.2g十二烷基硫酸鈉溶于100ml蒸餾水中，葡萄糖與硫脲的摩爾比為20:1，超聲5min，然后轉(zhuǎn)移到聚四氟乙烯的反應(yīng)釜中，在180^oC水熱反應(yīng)4h；經(jīng)過濾、蒸餾水以及乙醇分別洗三次，然后在40^oC下干燥8h，得葡萄糖基碳材料；所述葡萄糖、硫脲和十二烷基硫酸鈉的摩爾比為20:1:0.28；

將0.05g葡萄糖基碳材料浸漬于2.5g質(zhì)量濃度為2wt%KOH溶液中24h，經(jīng)干燥，然后在氬氣保護(hù)下于650^oC活化2h，自然冷卻至室溫；其中，葡萄糖基碳材料與KOH的質(zhì)量比為1:1；

將得到的產(chǎn)物用稀酸溶液洗滌，然后用蒸餾水洗滌至中性；得到的產(chǎn)物在60^oC下干燥10h后，即得葡萄糖基多孔碳超級(jí)電容器電極材料。

采用三電極體系，以6mol/L氫氧化鉀溶液為電解液，1A/g測(cè)得比電容為201F/g，穩(wěn)定性較好。

實(shí)施例5：

將8.9g葡萄糖、0.188g硫脲以及0.2g十二烷基硫酸鈉溶于100ml蒸餾水中，葡萄糖與硫脲的摩爾比為20:1，超聲5min，然后轉(zhuǎn)移到聚四氟乙烯的反應(yīng)釜中，在180^oC水熱反應(yīng)4h；經(jīng)過濾、蒸餾水以及乙醇分別洗三次，然后在40^oC下干燥8h，得葡萄糖基碳材料；所述葡萄糖、硫脲和十二烷基硫酸鈉的摩爾比為20:1:0.28；

將0.05g葡萄糖基碳材料浸漬于2.5g質(zhì)量濃度為2wt%KOH溶液中24h，經(jīng)干燥，然后在氬氣保護(hù)下于850^oC活化4h，自然冷卻至室溫；其中，葡萄糖基碳材料與KOH的質(zhì)量比為1:1；

將得到的產(chǎn)物用稀酸溶液洗滌，然后用蒸餾水洗滌至中性；得到的產(chǎn)物在60^oC下干燥10h后，即得葡萄糖基多孔碳超級(jí)電容器電極材料。

采用三電極體系，以6mol/L氫氧化鉀溶液為電解液，1A/g測(cè)得比電容為256F/g，穩(wěn)定性較好。