复合材料及其制备方法、应用与流程

本申请涉及材料科学领域，特别涉及一种复合材料的制备方法以及复合材料的应用。
背景技术：
：伴随着经济的快速发展，传统石油能源的过度使用，目前全球面临着各种各样的环境问题，例如全球变暖、雾霾严重、冰川融化等等。在这种情况下，寻求环境友好的可再生能源，并使用绿色、高效的能源量存储机制势在必行。超级电容器是一种新型储能器件，其中能量密度高于普通电容器，能够存储更多的能量；功率密度高于电池，能够实现快速充放电。由于超级电容器工作效率高、循环寿命长、无记忆效应并且绿色环保，因此引起了研究者们广泛的关注，并被广泛地应用于混合动力电子设备、电动汽车、便携电子设备等领域。但是，超级电容器相对较低的能量密度，限制了它的更进一步的应用。电极材料一直是超级电容器的核心组件，提高超级电容器的性能量密度需要设计开发出优良的电极材料。目前超级电容器的电极材料主要分为以下几种：碳材料、金属氧化物和导电聚合物。碳材料包含活性炭、碳纳米管、石墨烯、生物质炭等。石墨烯是一种二维材料，具有高的比表面积，高的电导率而受到研究者们的青睐。但是石墨烯分子内部的π-π键的存在，会使其相互堆叠，导致性能电导率下降低。生物质炭来源广泛、成本低、制备简便，从而受到研究者们的青睐。其中以松木为原料制备的生物质炭，保留了木材原始的多孔结构，含有丰富的大孔、介孔和微孔。但是其电导率较低，限制了其在电极上的应用。技术实现要素：为了解决上述问题或至少部分地解决上述技术问题，在本申请的一个实施方式中，提供了一种复合材料的制备方法，包括如下步骤：s1将松木放置管式炉中，在低氧或者无氧条件下，热解得到生物质炭；s2将步骤s1得到的生物质炭放入稀硝酸溶液，水洗至中性，烘干备用；s3将氧化石墨烯溶液中加入不同体积的去离子水中，得到不同浓度的氧化石墨烯溶液；s4将步骤s3制备获得的氧化石墨烯溶液和步骤s2制备的生物质炭通过电泳沉积，得到初始产物；s5将步骤s4得到的初始产物放入氯化钠溶液中，使用电化学还原方法得到最终产物。可选地，在所述步骤s1中，所述热解温度为750-900℃，热解过程中的升温速率为180-300℃·h-1,热解过程中的保温时间为1-5h。可选地，在所述步骤s2中，所述稀硝酸溶液的浓度为1-5mol·l-1,生物质炭在稀硝酸溶液中的浸泡时间为18-24h。可选地，在所述步骤s3中，各氧化石墨烯溶液的浓度范围在0.05-2.0g·l-1之间。可选地，在所述步骤s4中，电泳过程的电压大小为3-10v，电泳时间为10-90min。可选地，在所述步骤s5中，所述氯化钠溶液的浓度为0.05-0.2mol·l-1。在本申请的实施方式中，制备出了石墨烯/生物质炭的复合材料，并应用于超级电容器。本发明的有益效果在于：通过电泳沉积，成功地制备出石墨烯/生物质炭复合材料，该复合材料的电导率相比较原始的生物质炭提升了，加快了电子的传输，用于超级电容器电极后，比电容有较大的提高。生物质炭的多孔结构，避免石墨烯之间发生相互堆叠。附图说明为了更清楚地说明本申请实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅用于示意本申请的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图中未提及的技术特征、连接关系乃至方法步骤。图1是本申请的电泳沉积的装置的示意图。图2是本申请的实施方式所得样品的电化学性能测试图。附图标记说明1-对电极；2-工作电极；3-参比电极。具体实施方式为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。本申请的实施方式提供了一种复合材料及其制备方法、以及复合材料的应用。其中，复合材料的制备方法，包括如下步骤：s1将松木放置管式炉中，在低氧或者无氧条件下，热解得到生物质炭；s2将步骤s1得到的生物质炭放入稀硝酸溶液，水洗至中性，烘干备用；s3将氧化石墨烯溶液中加入不同体积的去离子水中，得到不同浓度的氧化石墨烯溶液；s4将步骤s3制备获得的氧化石墨烯溶液和步骤s2制备的生物质炭通过电泳沉积，得到初始产物；s5将步骤s4得到的初始产物放入氯化钠溶液中，使用电化学还原的方法得到最终产物。可选地，在所述步骤s1中，所述热解温度为750-900℃，热解过程中的升温速率为180-300℃·h-1,热解过程中的保温时间为1-5h。可选地，在所述步骤s2中，所述稀硝酸溶液的浓度为1-5mol·l-1,生物质炭在稀硝酸溶液中的浸泡时间为18-24h。可选地，在所述步骤s3中，各氧化石墨烯溶液的浓度范围在0.05-2.0g·l-1之间。可选地，在所述步骤s4中，电泳过程的电压大小为3-10v，电泳时间为10-90min。可选地，在所述步骤s5中，所述氯化钠溶液的浓度为0.05-0.2mol·l-1。本申请的实施方式提供了一种复合材料及其制备方法、以及复合材料的应用。接下来，将以几个具体的实施过程所生成的样品相互对照以说明本申请的优势。样品1。步骤1：松木的热解过程：将松木放置管式炉中，通入氮气，热解温度为900℃，升温速率为180℃·h-1，保温时间为2h。步骤2，生物质炭的处理：将步骤1得到的生物质炭放入1mol·l-1稀硝酸溶液中，浸泡24h，取出水洗至中性，在60℃下烘干24h，记做样品1，作为对照。样品2。步骤1，松木的热解过程：将松木放置管式炉中，通入氮气，热解温度为900℃，升温速率为180℃·h-1,保温时间为2h。步骤2，生物质炭的处理：将步骤1得到的生物质炭放入1mol·l-1稀硝酸溶液中，浸泡24h，取出水洗至中性，在60℃下烘干24h。步骤3，氧化石墨烯溶液浓度的配置：在原始氧化石墨烯溶液中加入一定体积的水，配置成浓度为0.05g·l-1的氧化石墨烯溶液。步骤4，氧化石墨烯/生物质炭的制备：将步骤3制备得到的氧化石墨烯溶液和步骤2制备得到的生物质炭通过电泳沉积，电泳电压为3v，电泳时间为10min，得到初始产物。步骤5，石墨烯/生物质炭的制备：将步骤4得到的产物放入浓度为0.05mol·l-1的氯化钠溶液中，使用电化学还原方法，得到样品2。样品3。步骤1，松木的热解过程：将松木放置管式炉中，通入氮气，热解温度为900℃，升温速率为180℃·h-1，保温时间为2h。步骤2，生物质炭的处理：将步骤1得到的生物质炭放入1mol·l-1稀硝酸溶液中，浸泡24h，取出水洗至中性，在60℃下烘干24h。步骤3，氧化石墨烯溶液浓度的配置：在原始氧化石墨烯溶液中加入一定体积的水，配置成浓度为0.2g·l-1的氧化石墨烯溶液。步骤4，氧化石墨烯/生物质炭的制备：将步骤3制备得到的氧化石墨烯溶液和步骤2制备得到的生物质炭通过电泳沉积，电泳电压为3v，电泳时间为10min，得到初始产物。步骤5，石墨烯/生物质炭的制备：将步骤4得到的产物放入0.05mol·l-1的氯化钠溶液中，使用电化学还原方法，得到样品3。样品4步骤1，松木的热解过程：将松木放置管式炉中，通入氮气，热解温度为900℃，升温速率为180℃·h-1，保温时间为2h。步骤2，生物质炭的处理：将步骤1得到的生物质炭放入1mol·l-1稀硝酸溶液中，浸泡24h，取出水洗至中性，在60℃下烘干24h。步骤3，氧化石墨烯溶液浓度的配置：在原始氧化石墨烯溶液中加入一定体积的水，配置成浓度为0.5g·l-1的氧化石墨烯溶液。步骤4，氧化石墨烯/生物质炭的制备：将步骤3制备得到的氧化石墨烯溶液和步骤2制备得到生物质炭通过电泳沉积，电泳电压为3v，电泳时间为10min，得到初始产物。步骤5，石墨烯/生物质炭的制备：将步骤4得到的产物放入0.05mol·l-1的氯化钠溶液中，使用电化学还原方法，得到样品4。样品5步骤1，松木的热解过程：将松木放置管式炉中，通入氮气，热解温度为900℃，升温速率为180℃·h-1，保温时间为2h。步骤2，生物质炭的处理：将步骤1得到的生物质炭放入1mol·l-1稀硝酸溶液中，浸泡24h，取出水洗至中性，在60℃下烘干24h。步骤3，取出浓度为2g·l-1氧化石墨烯溶液。步骤4，氧化石墨烯/生物质炭的制备：将步骤3制备得到的氧化石墨烯溶液和步骤2制备得到的生物质炭通过电泳沉积，电泳电压为3v，电泳时间为10min，得到初始产物。步骤5，石墨烯/生物质炭的制备：将步骤5得到的产物放入0.05mol·l-1的氯化钠溶液中，使用电化学还原方法，得到样品5对各个样品的电化学性能测试参见图1所示，分别从各个样品中切下1mg的块体，用金丝捆绑块体，并绑在用铂丝上，用做工作电极2；铂片用作对电极1，银/氯化银电极作为参比电极3，电解液为0.5mol·l-1的h2so4溶液，组成三电极体系，用电化学工作站chi660e进行电化学性能测试。在电流密度为0.5a·g-1下测得各个样品的比电容大小如下表所示：样品1样品2样品3样品4样品5比电容(f·g-1)36.18138.89157.23142.45136.99经过电泳沉积，样品2、样品3、样品4和样品5中的均有石墨烯负载于生物质碳上，得到石墨烯/生物质炭复合材料。将该复合材料用于超级电容器电极，其比电容相较未负载石墨烯的原始生物炭电极，比电容增加了4-5倍。因此综上所述，本发明的有益效果在于：本申请利用石墨烯超高的电导率与生物质炭进行复合，提升生物质炭的电子导电能力。在本申请中，经过电泳沉积，成功地制备出石墨烯/生物质炭复合材料，具有较高的电导率，因此超级电容器的比容量有较大的提高。同时生物质炭的多孔结构避免了石墨烯堆叠。应当理解，在本申请实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义，“多种”一般包含至少两种，但是不排除包含至少一种的情况。应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。应当理解，尽管在本申请实施例中可能采用术语第一、第二、第三等来描述某些部件，但这些部件不应仅仅被限于定于这些术语中。这些术语仅用来将各部件彼此区分开。例如，在不脱离本申请实施例范围的情况下，第一某某部件也可以被称为第二某某部件，类似地，第二某某部件也可以被称为第一某某部件。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”、“若”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”或“响应于监测”。类似地，取决于语境，短语“如果确定”或“如果监测(陈述的条件或事件)”可以被解释成为“当确定时”或“响应于确定”或“当监测(陈述的条件或事件)时”或“响应于监测(陈述的条件或事件)”。在本申请的实施方式中，“大体上等于”、“大体上垂直于”、“大体上对称”等等的意思是，所指的两个特征之间在宏观上的尺寸或相对位置关系十分接近于所述及的关系。然而本领域技术人员清楚，由于误差、公差等客观因素的存在而使得物体的位置关系在小尺度乃至微观角度难以被正好约束。因此即使二者之间的尺寸、位置关系稍微存在点误差，也并不会对本申请的技术效果的实现产生较大影响。还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。在上述的各实施方式中，尽管为使解释简单化将上述方法图示并描述为一系列动作，但是本领域的普通技术人员应理解并领会，这些方法不受动作的次序所限，因为根据一个或多个实施例，一些动作可按不同次序发生和/或与来自本文中图示和描述或本文中未图示和描述但本领域技术人员可以理解的其他动作并发地发生。最后应说明的是，本领域的普通技术人员可以理解，为了使读者更好地理解本申请，本申请的实施方式提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于上述各实施方式的种种变化和修改，也可以基本实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。因此，在实际应用中，可以在形式上和细节上对上述实施方式作各种改变，而不偏离本申请的精神和范围。当前第1页12