一种高体积比电容复合石墨烯的多孔炭、制备方法及应用

摘要

本发明涉及一种高体积比电容复合石墨烯的多孔炭，其制法及应用。其多孔炭以氧化石墨烯，含羟基酚类及其衍生物（苯酚、间苯二酚、间苯三酚、对羟基苯甲酸、2，4-二羟基苯甲酸）与醛（甲醛、丁醛、对苯二甲醛）为原料，以含羧基化合物（两性化合物氨基酸、丙二酸、乙二酸）调节体系pH并引发酚醛缩聚反应，制备聚合物包埋纳米片状“三明治结构”，再经经炭化，一步法制得。制备的“三明治结构”多孔炭结构新颖，工艺简单，产物纯度高，方便应用，可规模化生产，在超级电容器应用中表现出与石墨烯基材料相当的质量比电容，同时，体积比电容比石墨烯基材料高出一个数量级，具有很大的应用潜力和市场前景。

主权项

一种高体积比电容复合石墨烯的多孔炭的制备方法，通过下述方法控制多孔炭材料的形貌：a.制备片状胶体型多孔炭①25℃下，将0.1mg/ml～10mg/ml的含羧基化合物水溶液、0.5mg/ml～5mg/ml的氧化石墨烯水溶液和1mg/ml～100mg/ml的含羟基酚类及其衍生物水溶液混合，搅拌10～30min；其中，含羧基化合物与含羟基酚类及其衍生物的质量比为0.001∶0.1～0.1∶1，氧化石墨烯与含羟基酚类及其衍生物的质量比为0.1∶1～0.1∶10；②搅拌条件下，将醛的水溶液加入到步骤①中；其中，含羟基酚类及其衍生物与醛摩尔比为1∶1～1∶2.7；③80℃～180℃水热4～12h；④10000转/min～15000转/min下离心，收集样品，50℃干燥24h；⑤炭化：惰性气体保护下，以1～3℃/min的升温速率从室温升至400℃，恒温50～120min后，以1～5℃/min的升温速率由400℃升至炭化终温450～1200℃，恒温60～240min；b.制备纳米炭片自组装整体式炭①25℃下，将0.1g/ml～1.0g/ml的含羧基化合物水溶液、0.1mg/ml～10mg/ml的氧化石墨烯水溶液和0.1g/ml～1.5g/ml的含羟基酚类及其衍生物水溶液混合，搅拌1～60min；其中，含羟基酚类及其衍生物与含羧基化合物的摩尔比为5∶1～20∶1，氧化石墨烯与含羟基酚类及其衍生物的质量比为0.01∶1～0.1∶1；②搅拌条件下，将醛的水溶液加入到步骤①中，其中，含羟基酚类及其衍生物与醛摩尔比为1∶1～1∶3；③50～90℃干燥10～60min后溶液凝固，继续老化4～24h；④通风橱干燥过夜，50℃干燥24～72h；⑤炭化：惰性气体保护下，以1～3℃/min的升温速率从室温升至400℃，恒温60min；再以1～5℃/min的升温速率由400℃升至炭化终温450～1200℃，恒温60～240min。