本發(fā)明涉及一種利用太陽能制備過渡金屬氧化物/碳復(fù)合材料的方法，特別涉及一種在過渡金屬基體上制備過渡金屬氧化物/碳復(fù)合材料的方法。

背景技術(shù)：

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，對于環(huán)境保護(hù)的愈加重視與新型能源擴(kuò)展的需求使得越來越多的學(xué)者將目光轉(zhuǎn)向新型綠色的儲(chǔ)能器件。加之可再生能源包括太陽能、風(fēng)能、潮汐能等在實(shí)際應(yīng)用之中都存在間斷性的缺點(diǎn)，因此需要高能量密度和高功率密度、高循環(huán)穩(wěn)定性的儲(chǔ)能器件。超級電容器具有較高的功率密度、快速充放電和優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性等特點(diǎn)，因此成為最具潛力的儲(chǔ)能器件之一。

超級電容器的性能與電極材料的優(yōu)劣直接相關(guān)。電極材料主要包括碳材料（活性炭、介孔碳、碳納米管等），過渡金屬氧化物或氫氧化物（ruo2、mno2、nio2、ni(oh)2等），導(dǎo)電聚合物等。其中，碳基材料比表面積大、循環(huán)穩(wěn)定性好及循環(huán)壽命高；過渡金屬氧化物或氫氧化物為贗電容儲(chǔ)存機(jī)理，比電容量大，而它們的復(fù)合材料兼具兩種材料的優(yōu)勢，因此制備過渡金屬氧化物/碳復(fù)合材料成為重要的發(fā)展趨勢。

目前，主要采用傳統(tǒng)的溶劑熱法和高溫爐熱處理的方法來制備過渡金屬氧化物/碳復(fù)合材料樣品，往往制備步驟繁瑣，制備的材料主要為粉體，同時(shí)需要很大的能耗，因此尋找一種不消耗傳統(tǒng)熱能與電能的超級電容器材料的制備方法成為促進(jìn)這類復(fù)合材料進(jìn)一步發(fā)展的關(guān)鍵。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服上述方法的不足，本發(fā)明采用一種簡單的制備方法，以過渡金屬基體（片、網(wǎng)或泡沫）作為金屬源和載體，淀粉、葡萄糖和蔗糖等生物質(zhì)作為碳源，利用聚焦太陽光束輻照涂覆了生物質(zhì)的金屬基體，同時(shí)實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)的碳化和金屬的氧化，以及這些產(chǎn)物在金屬基體表面的負(fù)載。制備方法簡單方便，原材料成本低、能耗小，因此適合于不同規(guī)模的過渡金屬氧化物/碳復(fù)合材料的制備。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下：

以過渡金屬基體作為金屬源和載體，淀粉、葡萄糖或蔗糖等生物質(zhì)作為碳源，利用聚焦太陽光束輻照同步實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)的碳化和金屬的氧化，從而合成過渡金屬氧化物/碳復(fù)合材料，具體包括如下步驟：

(1)配置生物質(zhì)溶液；

(2)將生物質(zhì)溶液涂覆到過渡金屬基體表面，然后進(jìn)行干燥；

(3)利用聚焦的太陽光束對涂覆了生物質(zhì)的過渡金屬基體進(jìn)行輻照，其中，聚焦太陽光束輻照區(qū)的溫度穩(wěn)定在350℃-500℃范圍內(nèi)，輻照時(shí)間為0.1-5分鐘；

(4)將輻照制備的過渡金屬氧化物/碳復(fù)合材料在去離子水中清洗，干燥，得到過渡金屬氧化物/碳復(fù)合材料。

進(jìn)一步，所述的生物質(zhì)為淀粉、葡萄糖、蔗糖、果糖、麥芽糖中的一種。

進(jìn)一步，所述的過渡金屬基體為片、網(wǎng)或泡沫金屬中的一種。

進(jìn)一步，所述的過渡金屬基體為鎳、銅、鐵、鈦、錳、鈷、鋅和鉬中的一種。

本發(fā)明利用過渡金屬基體（片、網(wǎng)、泡沫）作為制備鎳氧化物/碳復(fù)合材料的載體和金屬源，生物質(zhì)作為碳源，成功合成出過渡金屬氧化物/碳復(fù)合材料。該實(shí)驗(yàn)方法簡單易控、能耗低、容易實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)。

附圖說明

圖1為實(shí)施例1中制備的過渡金屬氧化物/碳復(fù)合材料的掃描電子顯微鏡（sem）圖片。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于此。

實(shí)施例1

稱取2g葡萄糖，加入到20ml的去離子水中，超聲分散形成均一溶液，超聲5分鐘。將泡沫鎳剪裁成1cm×2cm的小片，分別用丙酮、乙醇、去離子水超聲清洗，然后將其浸入制得的溶液中，利用提拉法將少量溶液留存于泡沫鎳表面。利用太陽灶聚焦太陽光束加熱樣品，加熱溫度為450℃±10℃，加熱時(shí)間為1分鐘。將反應(yīng)結(jié)束后的氧化鎳/碳復(fù)合材料在去離子水中清洗，干燥，保存待用。

實(shí)施例2

稱取2g葡萄糖，加入到20ml的去離子水中，超聲分散形成均一溶液，超聲5分鐘。將泡沫銅剪裁成1cm×2cm的小片，分別用丙酮、乙醇、去離子水超聲清洗，然后將其浸入制得的溶液中，利用提拉法將少量溶液留存于泡沫銅表面。利用太陽灶聚焦太陽光束加熱樣品，加熱溫度為450℃±10℃，加熱時(shí)間為3分鐘。將反應(yīng)結(jié)束后的氧化銅/碳復(fù)合材料在去離子水中清洗，干燥，保存待用。

實(shí)施例3

稱取2g蔗糖，加入到20ml的去離子水中，超聲分散形成均一溶液，超聲5分鐘。將鐵片剪裁成1cm×2cm的小片，用砂紙打磨表面后分別用丙酮、乙醇、去離子水超聲清洗，然后將其浸入制得的溶液中，利用提拉法將少量溶液留存于鐵片表面。利用太陽灶聚焦太陽光束加熱樣品，加熱溫度為450℃±10℃，加熱時(shí)間為1分鐘。將反應(yīng)結(jié)束后的氧化鐵/碳復(fù)合材料在去離子水中清洗，干燥，保存待用。

實(shí)施例4

稱取2g蔗糖，加入到20ml的去離子水中，超聲分散形成均一溶液，超聲5分鐘。將鈦片剪裁成1cm×2cm的小片，用砂紙打磨表面后分別用丙酮、乙醇、去離子水超聲清洗，然后將其浸入制得的溶液中，利用提拉法將少量溶液留存于鈦片表面。利用太陽灶聚焦太陽光束加熱樣品，加熱溫度為450℃±10℃，加熱時(shí)間為1分鐘。將反應(yīng)結(jié)束后的氧化鈦/碳復(fù)合材料在去離子水中清洗，干燥，保存待用。

實(shí)施例5

稱取2g果糖，加入到20ml的去離子水中，超聲分散形成均一溶液，超聲5分鐘。將錳片裁成1cm×2cm的小片，用砂紙打磨表面后分別用丙酮、乙醇、去離子水超聲清洗，然后將其浸入制得的溶液中，利用提拉法將少量溶液留存于猛片表面。利用太陽灶聚焦太陽光束加熱樣品，加熱溫度為400℃±10℃，加熱時(shí)間為2分鐘。將反應(yīng)結(jié)束后的氧化錳/碳復(fù)合材料在去離子水中清洗，干燥，保存待用。

實(shí)施例6

稱取2g果糖，加入到20ml的去離子水中，超聲分散形成均一溶液，超聲5分鐘。將鈷片剪裁成1cm×2cm的小片，用砂紙打磨表面后分別用丙酮、乙醇、去離子水超聲清洗，然后將其浸入制得的溶液中，利用提拉法將少量溶液留存于鈷片表面。利用太陽灶聚焦太陽光束加熱樣品，加熱溫度為400℃±10℃，加熱時(shí)間為2分鐘。將反應(yīng)結(jié)束后的氧化鈷/碳復(fù)合材料在去離子水中清洗，干燥，保存待用。

實(shí)施例7

稱取2g淀粉，加入到20ml的去離子水中，超聲分散形成懸濁液，超聲5分鐘。將鋅片剪裁成1cm×2cm的小片，用砂紙打磨表面后分別用丙酮、乙醇、去離子水超聲清洗，然后將其浸入制得的溶液中，利用提拉法將少量溶液留存于鋅片表面。利用太陽灶聚焦太陽光束加熱樣品，加熱溫度為360℃±10℃，加熱時(shí)間為5分鐘。將反應(yīng)結(jié)束后的氧化鋅/碳復(fù)合材料在去離子水中清洗，干燥，保存待用。

實(shí)施例8

稱取2g淀粉，加入到20ml的去離子水中，超聲分散形成懸濁液，超聲5分鐘。將鉬網(wǎng)剪裁成1cm×2cm的小片，分別用丙酮、乙醇、去離子水超聲清洗，然后將其浸入制得的溶液中，利用提拉法將少量溶液留存于鉬網(wǎng)表面。利用太陽灶聚焦太陽光束加熱樣品，加熱溫度為490℃±10℃，加熱時(shí)間為0.5分鐘。將反應(yīng)結(jié)束后的氧化鉬/碳復(fù)合材料在去離子水中清洗，干燥，保存待用。