技术摘要：
本发明涉及超级电容器技术领域，且公开了一种壳核结构的C‑MnFe2O4‑CNT的超级电容器电极材料，包括以下配方原料及组分：噻吩，硫酸亚铁、乙酸锰、草酸钠，功能化碳纳米管。该一种壳核结构的C‑MnFe2O4‑CNT的超级电容器电极材料，以功能化碳纳米管中的十六烷基三甲基  全部
背景技术：
开发可持续和可再生能源是解决环境污染问题和化石燃料能源危机的有效途径， 超级电容器具有功率密度高、循环寿命长和快速充放电速度等优异的电化学性能，但是目 前的超级电容器的能量密度不高，其正极材料是影响能量密度的重要因素，因此研究和开 发比电容高的电极活性材料，是提高超级电容器的循环寿命和升能量密度的关键。 目前的超级电容器电极材料主要由碳电极材料，如石墨烯、碳纳米管、活性炭等； 导电聚合物电极材料，如聚苯胺、聚吡咯等；过渡金属氧化物，如MnO2、Co3O4等，其二元金属 氧化物如NiCo2O4、ZnCo2O4、MnFe2O4等可以进行丰富的可逆法拉第反应，具有很高的理论比 电容，是一种应用前景广阔的超级电容器正极活性材料，但是MnFe2O4的本征电导率不高，导 电性能较差，不利于电极材料电荷的传输和倍率性能，并且MnFe2O4在持续的充放电过程中 会发生体积膨胀变化，严重影响电极材料的电化学循环稳定性。 (一)解决的技术问题 针对现有技术的不足，本发明提供了一种壳核结构的C-MnFe2O4-CNT的超级电容器 电极材料及其制法，解决了MnFe2O4超级电容器电极材料的导电性能较差的问题。 (二)技术方案 为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种壳核结构的C-MnFe2O4-CNT的超 级电容器电极材料：包括以下原料及组分，噻吩，硫酸亚铁、乙酸锰、草酸钠，功能化碳纳米 管，其中硫酸亚铁、乙酸锰、草酸钠、功能化碳纳米管的质量比为175-185:100:230-250:5- 40。 优选的，所述壳核结构的C-MnFe2O4-CNT的超级电容器电极材料制备方法如下： (1)向反应瓶中加入氢氧化钾溶液和碳纳米管，置于恒温超声仪中，进行恒温超声 分散处理并搅拌均匀，将溶液真空干燥除去溶剂，固体混合产物研磨均匀后置于气氛电阻 炉中，在氩气氛围中，加热至750-850℃，保温煅烧2-3h，使用蒸馏水洗涤煅烧产物直至中 性，制备得到多孔碳纳米管。 (2)向反应瓶中加入体积比为2-4:1的浓硫酸和浓硝酸，加入多孔碳纳米管，超声 分散均匀后在50-70℃下匀速搅拌活化5-10h，将溶液过滤除去溶剂，使用蒸馏水洗涤固体 产物直至中性，制备得到羧基化多孔碳纳米管。 (3)向反应瓶中加入蒸馏水溶剂、羧基化多孔碳纳米管和十六烷基三甲基溴化铵， 超声分散均匀后匀速搅拌10-20h，真空干燥并洗涤，制备得到十六烷基三甲基溴化铵修饰 的多孔碳纳米管，即为功能化碳纳米管。 (4)向反应瓶中加入乙二醇溶剂、功能化碳纳米管、硫酸亚铁和乙酸锰，超声分散 3 CN 111599604 A 说　明　书 2/6 页 均匀后加入草酸钠，室温下匀速搅拌反应10-20h，将溶液过滤除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇 洗涤并干燥，固体产物置于气氛电阻炉中，在氩气氛围中，升温至420-480℃，保温煅烧2- 3h，制备得到多孔MnFe2O4纳米球负载碳纳米管。 (5)将多孔MnFe2O4纳米球负载碳纳米管置于气氛电阻炉中，在氩气氛围中，升温至 700-800℃，再通入噻吩和氩气混合气体，保温煅烧2-3h，制备得到壳核结构的硫掺杂碳-多 孔MnFe2O4纳米球-碳纳米管，作为超级电容器正极的活性材料。 优选的，所述步骤(1)中恒温超声仪包括保温层、保温层两侧固定连接有超声器， 恒温超声仪内部设置有水浴槽，水浴槽下方设置有恒温加热圈，水浴槽下方固定连接有支 撑杆，支撑杆活动连接有转动齿轮，转动齿轮活动连接有螺杆，螺杆固定连接有载物台，载 物台上方设置有反应瓶，载物台上方固定连接有连接杆，连接杆固定连接有保温隔层。 优选的，所述步骤(1)中的氢氧化钾和碳纳米管的质量比为2-5:1。 优选的，所述步骤(3)中的羧基化多孔碳纳米管和十六烷基三甲基溴化铵的质量 比为1:5-20。 优选的，所述步骤(5)中的噻吩和氩气的体积比为1:3-10。 (三)有益的技术效果 与现有技术相比，本发明具备以下有益的技术效果： 该一种壳核结构的C-MnFe2O4-CNT的超级电容器电极材料，多孔碳纳米管具有更大 的比表面积，丰富的羧基电离产生COO-负离子与十六烷基三甲基溴化铵水解产生的氮正离 子通过正负离子吸引，使十六烷基三甲基溴化铵均匀沉积在碳纳米管的基体中，再以十六 烷基三甲基溴化铵为模板剂，使Fe2 、Mn2 和C2O 2-4 在其表面自缔合生成MnxFe1-x(C2O4)2前驱 体，通过高温热处理，前驱体热裂解产生大量的CO2可以作为致孔剂，从而得到多孔状的 MnFe2O4纳米球负载碳纳米管，再以噻吩作为硫源，在多孔状的MnFe2O4纳米球负载碳纳米管 外层沉积一层硫掺杂碳薄层，以多孔MnFe2O4纳米球为核，形成壳核结构的硫掺杂碳-多孔 MnFe2O4纳米球-碳纳米管，以其作为超级电容器电极活性材料，碳纳米管与硫掺杂碳层具有 优异的导电性能，在MnFe2O4外侧形成三维导电网络，促进了电子的传输，有利于提高电极材 料的倍率性能，同时硫掺杂碳和碳纳米管作为壳层，为MnFe2O4的体积膨胀变化提供了缓冲 层，避免了电极材料的容量快速衰减，并且硫掺杂碳层丰富的含硫官能团可以提高良好的 赝电容，在协同作用下使硫掺杂碳-多孔MnFe2O4纳米球-碳纳米管表现出良好的电化学性能 和电容特性。 附图说明 图1是恒温超声仪正面示意图； 图2是螺杆放大示意图； 图3是载物台调节示意图。 1-恒温超声仪；2-保温层；3-超声器；4-水浴槽；5-恒温加热圈；6-支撑杆；7-转动 齿轮；8-螺杆；9-载物台；10-反应瓶；11-连接杆；12-保温隔层。
技术实现要素：
为实现上述目的，本发明提供如下