本發(fā)明屬于電化學(xué)，尤其涉及一種花狀碳基mn摻雜nicop薄膜電極材料的制備方法、產(chǎn)品及應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、隨著能源需求的快速增長，人們越來越重視太陽能、風(fēng)能和潮汐能等綠色、可持續(xù)能源。然而，為了提高能源效率并解決這些新興能源的局限性，人們越來越意識到開發(fā)儲能設(shè)備的重要性，例如電池、燃料電池和超級電容器(sc)。超級電容器因其功率密度高、充放電能力快、安全性高、循環(huán)壽命長等優(yōu)點，在眾多儲能器件中引起了廣泛關(guān)注。然而，低能量密度嚴(yán)重限制了超級電容器的實際應(yīng)用。因此，構(gòu)建合適的電極材料是實現(xiàn)高性能超級電容器的關(guān)鍵。

2、雙金屬磷化物因其理論比容量高、導(dǎo)電性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性等優(yōu)點，作為超級電容器的電極材料被廣泛研究。然而，贗電容材料的氧化還原反應(yīng)主要局限于表面或靠近表面的區(qū)域，因此電極材料的利用率較低。解決該問題的關(guān)鍵是將生物質(zhì)碳、石墨烯、碳納米管等具有比表面積大、電子傳輸速度快等特點的材料與nicop相結(jié)合，設(shè)計出具有獨特組成和結(jié)構(gòu)優(yōu)勢的多種復(fù)合電極材料，包括納米陣列、中空納米結(jié)構(gòu)和核殼異質(zhì)結(jié)構(gòu)。huang等通過煅燒/磷化方法制備了一種新型的多層碳包覆nicop納米顆粒，將這些納米顆粒被嵌入氮摻雜碳納米管(nicop/ncnts)中，nicop/ncnts在1.0a·g-1時表現(xiàn)出1628.4f·g-1比電容，但是單一鎳鈷基金屬磷化物在實際應(yīng)用中仍表現(xiàn)出較弱的電化學(xué)活性和較低的電導(dǎo)率。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種花狀碳基mn摻雜nicop薄膜電極材料的制備方法、產(chǎn)品及應(yīng)用。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了以下技術(shù)方案：

3、本發(fā)明的技術(shù)方案之一：

4、一種花狀碳基mn摻雜nicop薄膜電極材料的制備方法，采用水熱沉積法在生長基底上沉積制備三維核桃殼衍生多孔碳基mn摻雜nico前驅(qū)體，之后將所述三維核桃殼衍生多孔碳基mn摻雜nico前驅(qū)體采用氣固反應(yīng)法磷化，得到所述花狀碳基mn摻雜nicop薄膜電極材料(wsc-n/o@mn-nicop)。

5、引入的雜原子會占據(jù)某些宿主位點，并調(diào)節(jié)原始磷化物的帶隙。產(chǎn)生的晶格缺陷將誘導(dǎo)出優(yōu)異的導(dǎo)電性和快速離子轉(zhuǎn)移能力，進一步增強電化學(xué)活性。此外，雜原子的摻入會導(dǎo)致nicop的微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，層次結(jié)構(gòu)有利于電解質(zhì)的滲透，增強nicop的電化學(xué)性能。因此，采用水熱沉積法和氣固反應(yīng)法磷化制備了花球形mn摻雜生物質(zhì)碳基nicop復(fù)合材料。三維核桃殼衍生多孔碳(wsc-n/o)的引入和mn的摻雜增強了電化學(xué)活性和電子導(dǎo)電性，從而實現(xiàn)了電子的快速傳輸。

6、進一步地，一種花狀碳基mn摻雜nicop薄膜電極材料的制備方法具體包括以下步驟：

7、將錳源、鈷源和鎳源溶于水中，并加入三維核桃殼衍生多孔碳(wsc-n/o)、氟化銨(nh4f)和尿素，攪拌至完全溶解得到混合溶液，將所述混合溶液和生長基底轉(zhuǎn)移到高壓釜中高溫處理得到碳基mn摻雜nico前驅(qū)體；

8、將載有碳基mn摻雜nico前驅(qū)體的生長基底與磷源置于管式爐中，通入氮氣后煅燒，磷源位于氮氣的上游，煅燒結(jié)束后得到所述花狀碳基mn摻雜nicop薄膜電極材料。

9、更進一步地，一種花狀碳基mn摻雜nicop薄膜電極材料的制備方法中，所述生長基底為泡沫鎳。

10、更進一步地，一種花狀碳基mn摻雜nicop薄膜電極材料的制備方法中，所述三維核桃殼衍生多孔碳(wsc-n/o)是將核桃殼粉、2-甲基咪唑、硝酸鈉和堿混合后加熱得到。

11、更進一步地，一種花狀碳基mn摻雜nicop薄膜電極材料的制備方法中，所述錳源、鈷源、鎳源和三維核桃殼衍生多孔碳的質(zhì)量比為3∶3∶3∶1，所述三維核桃殼衍生多孔碳、氟化銨和尿素的質(zhì)量比10mg∶0.32g∶1.1g。

12、更進一步地，一種花狀碳基mn摻雜nicop薄膜電極材料的制備方法中，所述高溫處理的溫度為150℃，時間為6h。

13、更進一步地，一種花狀碳基mn摻雜nicop薄膜電極材料的制備方法中，所述碳基mn摻雜nico前驅(qū)體與磷源的質(zhì)量比為1∶3。

14、更進一步地，一種花狀碳基mn摻雜nicop薄膜電極材料的制備方法中，所述煅燒的溫度為350℃，保溫時間為3h，升溫速率為2℃/min。

15、更進一步地，一種花狀碳基mn摻雜nicop薄膜電極材料的制備方法中，所述氮氣通入的時間為10min。

16、更進一步地，一種花狀碳基mn摻雜nicop薄膜電極材料的制備方法中，所述錳源為mncl2，所述鈷源為co(no3)2·6h2o，所述鎳源為ni(no3)2·6h2o，所述磷源為nah2po2。

17、本發(fā)明的技術(shù)方案之二：

18、一種所述制備方法制備得到的花狀碳基mn摻雜nicop薄膜電極材料。

19、本發(fā)明的技術(shù)方案之三：

20、所述的花狀碳基mn摻雜nicop薄膜電極材料在制備水系鋅離子電池(zibs)中的應(yīng)用。

21、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點和技術(shù)效果：

22、(1)本發(fā)明在花狀碳基mn摻雜nicop薄膜電極材料(wsc-n/o@mn-nicop)的制備過程中引入wsc-n/o和mn元素，wsc-n/o的引入和mn的摻雜增強了電化學(xué)活性和電子導(dǎo)電性，從而實現(xiàn)了電子的快速傳輸，確保高效的電荷轉(zhuǎn)移，增強活性表面積，wsc-n/o@mn-nicop作為電極材料，在5.0a·g-1時的比電容為1460f·g-1。此外，以wsc-n/o@mn-nicop為材料制備的wsc-n/o@mn-nicop//wsc-n/o(asc)裝置在375w·kg-1時的能量密度為69.1wh·kg-1，循環(huán)8000次后，asc的容量保持率為85.8％。

23、(2)本發(fā)明采用水熱沉積法和氣固反應(yīng)法成功制備了花狀碳基mn摻雜nicop薄膜電極材料(wsc-n/o@mn-nicop)，并將其進一步用于高性能超級電容器及水系鋅離子電池的制備中，進一步驗證了wsc-n/o@mn-nicop在水系鋅離子電池(zibs)中的應(yīng)用，結(jié)果顯示在750w·kg-1時，zn//wsc-n/o@mn-nicop的能量密度為148.9wh·kg-1，1000次循環(huán)后，容量保持率為80.6％，因此本發(fā)明wsc-n/o@mn-nicop的提出為設(shè)計和制造高性能儲能裝置提供了新的方法。

技術(shù)特征：

1.一種花狀碳基mn摻雜nicop薄膜電極材料的制備方法，其特征在于，采用水熱沉積法在生長基底上沉積制備三維核桃殼衍生多孔碳基mn摻雜nico前驅(qū)體，之后將所述三維核桃殼衍生多孔碳基mn摻雜nico前驅(qū)體采用氣固反應(yīng)法磷化，得到所述花狀碳基mn摻雜nicop薄膜電極材料。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的花狀碳基mn摻雜nicop薄膜電極材料的制備方法，其特征在于，具體包括以下步驟：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的花狀碳基mn摻雜nicop薄膜電極材料的制備方法，其特征在于，所述錳源、鈷源、鎳源和三維核桃殼衍生多孔碳的質(zhì)量比為3∶3∶3∶1，所述三維核桃殼衍生多孔碳、氟化銨和尿素的質(zhì)量比10mg∶0.32g∶1.1g。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的花狀碳基mn摻雜nicop薄膜電極材料的制備方法，其特征在于，所述高溫處理的溫度為150℃，時間為6h。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的花狀碳基mn摻雜nicop薄膜電極材料的制備方法，其特征在于，所述碳基mn摻雜nico前驅(qū)體與磷源的質(zhì)量比為1∶3。

6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的花狀碳基mn摻雜nicop薄膜電極材料的制備方法，其特征在于，所述煅燒的溫度為350℃，保溫時間為3h，升溫速率為2℃/min。

7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的花狀碳基mn摻雜nicop薄膜電極材料的制備方法，其特征在于，所述氮氣通入的時間為10min。

8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的花狀碳基mn摻雜nicop薄膜電極材料的制備方法，其特征在于，所述錳源為mncl2，所述鈷源為co(no3)2·6h2o，所述鎳源為ni(no3)2·6h2o，所述磷源為nah2po2。

9.一種權(quán)利要求1-8任一項所述制備方法制備得到的花狀碳基mn摻雜nicop薄膜電極材料。

10.如權(quán)利要求9所述的花狀碳基mn摻雜nicop薄膜電極材料在制備水系鋅離子電池中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提出了一種花狀碳基Mn摻雜NiCoP薄膜電極材料的制備方法、產(chǎn)品及應(yīng)用，屬于電化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的花狀碳基Mn摻雜NiCoP薄膜電極材料采用水熱沉積法在生長基底上沉積制備三維核桃殼衍生多孔碳基Mn摻雜NiCo前驅(qū)體，之后將所述三維核桃殼衍生多孔碳基Mn摻雜NiCo前驅(qū)體采用氣固反應(yīng)法磷化制備得到，制備過程中引入WSC?N/O和Mn元素，增強了電化學(xué)活性和電子導(dǎo)電性，從而實現(xiàn)了電子的快速傳輸，提高了電極材料的電化學(xué)性能，并將其進一步用于高性能超級電容器及水系鋅離子電池的制備中，顯示出優(yōu)異的能量密度。本發(fā)明電極材料的提出為設(shè)計和制造高性能儲能裝置提供了新的方法。

技術(shù)研發(fā)人員：金會心,劉振濤,王壹
受保護的技術(shù)使用者：貴州大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2