山东化工
SHANDONG CHEMICAL INDUSTRY
•6•2020年第49卷
刘程成】，王玉锋2$，郭攀1，卞振涛1，王聪1，王红艳1网络安全控制技术
(1•宿州学院，安徽宿州234000；2.安徽创佳安全环境科技有限公司，安徽宿州234000)
摘要：采用三步法制备碳球/氧化］复合材料’首先，采用葡萄糖和甘氨酸以水热法制备碳球’其次，以碳球、六水合硝酸］和尿素为原料，在水热条件下合成前驱物’最后，在350七下将前驱物d烧得到碳球/氧化］复合材料’利用XRD和SEM等方法对材料的结构形貌进行表征’利用循环伏安法(CV)和恒流充放电法(GCD)探究材料的电化学性能’实验结果表明，通过空气d烧的样品中氧化］颗粒较小且分布比较均匀，导电性良好，相同电流下比电容最大，电化学性能优良’ 关键词：水热法；碳球/氧化］复合材料；超级电容器
中图分类号:TM53文献标识码：A文章编号：1008-021X(2020)23-0006-03
Preearation of Carbon Sphere/nicCel OxiCe Composite and Its Supercapacitor Performance Liu Chegcheng',Wang Yufeng2,Guo Pan1，—ian.Zhentao1,Wang Cong',Wang Hongyan1
(1.Suzhou University,Suzhou234000,China；
李铭佳
2.Anhui Chuangjib Safety and Environment Technology Co.,Ltd., Suzhou234000,China)
Abstract:Carbon spheres/nickei oxide composites were prepared by a three-step method.Firstly,carbon spheres were prepared by hydrothermal method using glucose and glycine.Second-,the precursoe was synthesized from carbon spheres,nickei nitrate hexahydrate and urea under hydro thermai conditions.Finaty,the precursor as calcined at350壬th obtain carbon spheres/nickei oxide composites.The structure and morphology of the materials were characterized by XRD and SEM.The electrochemicai properties of the materials were investigated by cyclio voltammetry(CV)and galvanostatic charye discharye(GCD)-The results show that the nickei oxide particles in the samples calcined by aio were small and even-distriauted,and the conductivith was good.The specific capacitancc was the laryest under the same current,and the electrochemical performance was excellent.
Key words:hydrothermal method；carbon sphere/nickel oxide composite；supercapacitor
与普通电池相比，超级电容器因其电阻低、循环性好、功率密度高等优点而成为研究的热点［1］。根据充放电机理的不同，超级电容器可分为双电层电容器和法拉第贋电容器。法拉第贋电容器是氧化还原过程能提供高比电容’然而，由于其固有的低电导率和低循环稳定性，限制了其实际应用。基于这些原因，有必要通过生长或锚定导电材料和过渡金属氧化物来合成兼具这两种材料优点的复合材料⑵’
近年来，具有独特的结构和优异性能的纳米微球材料是材料领域研究的热点之一⑶’碳球作为能源储备材料，受到广泛的关注(4)'以碳作为结构的导电骨架，不仅提高了储能材料的比表面积，还有利于充放电过程中的电荷转移(5)'过渡金属氧化物作为贋电容材料，具有较高的电容性能，但在氧化还原过程中容易发生结构变化，导致其循环性能较差(6)'氧化］(10)作为超级电容器的电极材料显示出相当大的潜力。虽然已经取得了相当大的进展，但是NO电极的低功率密度和中等能量密度仍然限制了它们的应用［7］。因此，为提高氧化］材料导电性和循环性，我们将其与碳球导电载体结合。
本文以葡萄糖与甘氨酸为碳源，以水热法制备成碳球，再将其与尿素和六水合硝酸］以水热法在反应釜中反应使其复合，所得产物在箱式炉中350t d烧后得到碳球/氧化］复合材料。对碳球/氧化］复合材料的微观结构和形貌进行表征，并测试其电化学性能。
1实验方法
1.1实验的主要仪器与试剂
本实验主要采用的仪器为FA1104电子分析天平、S-4800扫描电子显微镜、DX-2600X-射线衍射仪、上海辰华CHC-660E 电化学工作站等。本实验采用的实验试剂除导电炭黑为电池级外，其他试剂均为分析纯。
1-2碳球/氧化镰复合材料制备
1.2.1碳球的制备
称取4.0g葡萄糖和2.0g甘氨酸溶于50.0mL去离子水中，搅拌半小时后，将混合液移入100mL高压反应釜中，在180t烘箱中反应3h，得到黑沉淀。将反应产物洗涤、干燥后，得到碳球样品。
1.2.2碳球/氧化O复合材料的制备
称取60mg碳球样品，加入70mL去离子水中，超声半小时，另取600mg尿素和180mg六水合硝酸］加入上述溶液，搅拌半小时，将混合液移入100mL高压反应釜中，在120t的干燥箱加热12h，得到黑绿沉淀。将沉淀洗涤、干燥后，得到前驱物。将前驱物。在温度为350t分别在空气和氮气氛围下d烧2h，得到碳球/氧化］复合材料。
1.3样品的表征
将前驱物和不同方式d烧合成的样品材料用日本日立有限公司的S-4800型扫描电子显微镜(SEM)进行物质形貌观察和分析；对复合材料进行相位检测和衍射峰位分析使用的是DX-2600型X-射线衍射仪。
1.4电极片的制备
称量16mg样品、2mg导电炭黑和2mg PVDF放入玛瑙研钵中进行研磨(样品、导电炭黑、PVDF按照8：1：1的质量配比)，研磨几分钟后加入12滴1-甲基-2-毗咯烷酮继续研磨，
收稿日期：2020-07-08
基金项目：氨基酸模板仿生合成SnO2及其性能研究(2019ykf05)；褐煤精蜡制备的关键技术与结晶机理研究(2019ykf07)；宿州学院双能型教学团队(2019XJSN02)；王红艳名师工作室(项目编号：2016msgzs071)
作者简介：刘程成！1989-)，女，安徽阜阳人，宿州学院，工程师，硕士，主要从事纳米功能材料合成和检验检测工作。
第23期刘程成，等：碳球/氧化］复合材料的制备及其超级电容器性能研究-7-
分研磨后，液用滴管均匀的滴加到2cmf3c m的石墨片，然后放入60t恒温鼓风干燥箱中充分干燥，即得到负极电极片。
1.5化学性能测试
循环伏安（CV）以及恒放电（GCD）电化学性能的在辰华CHI-660E电化学工作站进行。用工作电极、参比电极和•丝三电极法品的电化学性，电解液为3mol/L氢氧化钠溶液。
1.5.1循环伏安测试（CV）
循环伏安试验电压窗口为0V-0.6V，扫描速度分别为1，3，6，10,15，20mV/s。lan club
1.5.2恒流充放电测试
进行恒放电（GCD）性，对应的口为0 ~0.6V，分别以1，2,3,4,7,10A/g的电流测得电压随着时间变化的。
据公式（1）可以得到极片和超级电容器的比电容：
C代表；I代表；#i代表放电时间;#代表口；m代表极片涂层的质量。
2结果与分析
2.1实验材料的物理表征结果
2.1.1X-射线衍射分析
图1为品XRD图谱。
a：含碳球氮气锻烧后样品；b：碳球空气锻烧后样品；
c：无碳球空气锻烧后样品
图1XRD图谱
1以得到,a为含碳球氮气锻烧得到样品的XRD图谱,b为含碳球空气锻烧到样品的XRD图谱,c无碳球锻烧到样品的XRD图谱。从以看到品的衍射峰在20为37.4。、43.3。、62.7。、75.3。、79.2。女现特征峰，通与卡片（JCPDS#49-1049）对比，品为氧化］，分对应NiO 的5个晶面111、200、220、311、222。，通过比较样品特征衍射峰面积，空气锻烧后得到的样品特征衍射峰面积较大，具有较高的结晶度。氮气中锻烧的碳球/氧化］复合材料特征衍射面积较小，结晶度较小。
2.1.2扫描电镜SEM分析
扫描SEM图见图2。
a：碳球;b：前驱物;c、d：空气锻烧得到的碳球/氧化］复合材料
图2SEM图
2a碳球的SEM，以品a碳球较
径的球状结构，匀，但分散性较好。b g 驱物的SEM图，以到前驱物为表面附着状物的球状结构，分散性较好。c、d为空气锻烧后碳球/氧化］复合材料，从以看到在空气下锻烧后，碳球结被，氧化］分散度较为良好，粒径较小。
2.2的电化学性能分析
2.2.1循环伏安测试
3为品在扫速下的循环伏安！CV）,a为前驱物,b为空气锻烧的碳球/氧化］复合材料,c为氮气锻烧的碳球/氧化］复合材料。从以，三个样品的循环伏安明显的氧化，说明极材料的为法拉第贋。
随着扫描力口，氧化向移动，负向移动，这移极的极化所引起的。随着扫描的增加CV 的形状变化，说明该电极材料性能较好。通过比较三者的循环伏安，发现空气锻烧样品的性：。空气锻烧样品分散性好、球结I隙、，比表面 接触面，了材料与解质之间的电荷转移。从材料的比，材料的性。
( 8 / V )、
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、
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电位/V电位/V电位/V a：前驱物;b：空气锻烧的碳球/氧化］复合材料;c：氮气锻烧的碳球/氧化］复合材料
图3不同扫速下的循环伏安（CV）曲线图
2.2.2恒流充放电测试
4在放密度下（1A/g）恒放电对比,a是空气锻烧的碳球/氧化］复合材料、b为氮气锻烧的碳球/氧化］复合材料、c为前驱物。从以，充放
分为两个部分，第一部分出现在0~0.4V范围，随呈线性变化，显子层征，它
解子在电极材料表面的解；第部分出现在0.4~0.6V范围内，随呈线性变化，这在电极/电解面处发的法拉第氧化反应。
吐
东化
SHANDONG CHEMICAL INDUSTRY • 8 •
2020年第49卷
时，电极材料的电容量主要来源于贋电容o
20
40
60
80 100 120
—
—lA/g —
—2A/g 3A/g -----4A /g
7A/g -----10A/g
\
5为品的充放 性
宀 驱物、b 空
气d 烧的碳球/氧化］复合材料、c 是氮气d 烧的碳球/氧化］ 复合材料’ 以 ，三者的充放 呈现出三角,
口设为0〜0.6V 。根据 (1) , 密
度为1 A/氧时，前驱物、氮气d 烧和空气d 烧样品的 比
分别为59.66,82.00,109.66 F/g o 三个样品中，空气d 烧的碳 球/氧化］复合材料的 比 ， 合成的碳球氧化］复合材料的 性，即在荷转移 较小’5d
三 极材料的 性能比较图，随着电密度的增加，放比 呈 ， 氧化 反应随着 密度的增加从本体相扩散到电极表面，使进入本体
的质子数减少’质子利用 降低， 放电比容量降低’
b ：氮气d 烧的碳球/氧化］复合材料% o ：前驱物
图4样品的恒流充放电图
/
03
0.0
02060
80100
2
3
7550
25
0.0
268
6 50 100 150 200 250时间/s
时间/s
时间/s
电流密度/ (A/g)
1000.6
——10A/g —
—2A/g 3 A/g
—
—4 A/g 7 A/g
氧化镍
—1 A/g
——lA/g —
—2 A/g 3 A/g
—
—
4 A/g 7A/g
—10 A/g
：前驱物;b ：空气d 烧的碳球/氧化］复合材料;o ：氮气d 烧的碳球/氧化］复合材料恒
放 ；d ： 放 下各样品的比电容%
1是空气d 烧的碳球/氧化］复合材料;2是前驱物;3是氮气d 烧的碳球/氧化］复合材料
图5样品的充放电倍率性能测试图
3结论
采用三步法制备碳球/氧化］复合材料，并对进行
化性能表征。使用化学工作站 了空气d 烧、氮
气d 烧和无碳球空气d 烧的电极材料的电化学性能。电化学
结果表明，空气d 烧得到的碳球/氧化鎳复合材料电化学 性能最好。
参考文献
［1］ 辛冉冉，
，姜，等.氮 比表面多孔碳的一步
化学活化法制备及其超 性能［J ］.无机化学学报，2019,
35(10)&1781-1790-
［2］ CHOI J ， KIM M ， KIM J.-orrelaton between the mesoporous
carbon sphere w 让h Ni ( OH ) 2 nanopartide contents for high 一
pcXormancc supxcapacitor electrode ［ J ］ - Ionics ，2018，24: 815 -825<
［3］ 王 ，
华•氧化］纳米微球的水热法制备与电容性能
［J ］无
，新冠感染人数如何预估
2017,49(1)： 83-86.
［4］ LEI Z Y,LEI Y Y ,LIANG X M , et a- High swble rate cycling
performances of microporous carbon
spheres/s elenium
composite ( MPCS/Se) cathode as lithium - selenium battery (J ). Joumal of Power Sources , 2020,473 : 228611.
(5) NIKHICHA J , CHANDRA B A. Construction of few layered
metallic MoS? microspheres using glucose induced
carbonspheres and Os application in symmetic supercapac yor
device ] J ) - J ouic I of Electroanalytical Chemistry , 2020,874:
114461.
[6] 冯艳艳，李彦杰，杨文，等.碳球@纳米片状钻]金属氧化
型复合材料的备及其电化学性能[J ].化工进展，
2020,39(07)：2734-2741-
[7] HAN K , HUANG H , GONG Q , et i Tempeoture - induced
hOraTremell a 一 lOe and Pinecone 一 like NiO
miceospheeeseoehigh -peeeoemancesupeecapacitoeeecteode
materials [ J ] - Journal of Materials Science ,2018,53: 12477 一
12491.
(本文文献格式：刘程成#王玉锋#郭 攀#等•碳球/氧化攥复
材料的制备及其 性能研究[J] •山东化工#2020,49(23) :
6-8.)
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