CN112194132A - 一种基于毛竹水热炭化的铁修饰炭微球/炭纳米片复合多孔炭的制备方法及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于毛竹水热炭化的铁修饰炭微球/炭纳米片复合多孔炭的制备方法，首先将生物质原料毛竹粉碎成粉末后筛分并干燥；其次将粉碎后的毛竹原料、硫酸铁和超纯水均匀混合后进行水热处理，待反应结束自然冷却至室温后抽滤，用无水乙醇及超纯水洗涤去除杂质并烘干，得铁修饰炭微球/炭纳米片复合水热炭；然后将所述复合水热炭与活化剂混合后在研钵中充分研磨后置于管式炉中，在惰性气体氛围中进行高温活化，待自然冷却至室温后，将所得到的材料经酸洗、水洗、烘干即得超级电容器用铁修饰炭微球/炭纳米片复合多孔炭。本发明所制备的铁修饰炭微球/炭纳米片复合多孔炭具有独特的形貌，在多孔材料和超级电容器领域具有广阔的应用前景。

Description

一种基于毛竹水热炭化的铁修饰炭微球/炭纳米片复合多孔 炭的制备方法及其应用
技术领域
本发明涉及生物炭材料的制备及超级电容器和电池等新能源储能器件技术应用领域，尤其涉及一种基于毛竹水热炭化的铁修饰炭微球/炭纳米片复合多孔炭的制备方法及其应用。
背景技术
全球经济日益增长对化石燃料需求和消费量的不断增加已造成严重的生态环境破坏。因此，迫切需要探索和设计可持续的储能***。超级电容器作为强大和先进的储能***之一，被认为是适用于存储可持续资源能量(风能，水能，太阳能)的新一代设备。相较于锂离子电池，超级电容器具有快速的充电/放电动力学、出色的循环稳定性和高功率密度，已广泛应用于电动汽车、通讯设备、便携式设备、固定式储能等领域。然而，较小的能量密度限制了其更广泛的应用。迄今为止，研究人员致力于新型电极材料(尤其是炭基电极)的开发，以期望制备具有高比电容和能量密度的超级电容器。然而，目前具有较好性能的电极材料的合成策略往往受限于价格高昂的原材料(石墨烯，CNT，碳纳米管等)或复杂的制备过程(软模板法、硬模版法等)。鉴于此，以可持续生物质为原料，通过简便和绿色的方法制备高性能炭电极的策略具有更高的实际应用价值，同时也更适用于工业化生产。
目前的研究广泛通过“预炭化+活化”的策略由生物质制备多孔碳(PorousCarbon，PC)电极材料。通常，预炭化意味着高温下的热解(>300℃)，而活化过程往往采用KOH、ZnCl2等强腐蚀性或有毒的化学试剂。相较于高温热解，水热炭化(HydrothermalCarbonization，HTC)条件温和(160～260℃)且适用于各种原料(动物粪便，木质纤维素生物质，污水污泥等)。此外，水热炭化过程中形成的特殊形态和丰富的含氧官能团有利于多孔炭产物获得更好的电化学性能。例如，文献1(ChemElectroChem,2014,1(12),2138-2145.)中，Sevilla等人通过“热解+KOH活化”策略由葡萄糖制备的多孔炭电极，在0.1A/g的电流密度下电容值为220F/g，而通过“HTC+KOH活化”策略制备的多孔炭电极在0.1A/g的电流密度下显示出240F/g的电容值。文献2(J.Power Sources,2014,268,584-590.)中，Fan等人通过HTC预处理和化学活化的方法由角叉菜胶合成微孔-介孔炭微球，这种多孔炭微球电极材料经过条件参数优化后可以实现出色的离子迁移动力学，并在1A/g的电流密度下展现出230F/g的电容值。更进一步的，基于“HTC+化学活化”的策略，研究人员制备了杂原子掺杂的多孔炭电极材料，展现出更好的电化学性能。例如，文献3(J.Colloid Interface Sci,2019,548,322-332.)中，Liu等人通过木纤维基水热炭的KOH活化(活化过程中添加三聚氰胺作为氮源)合成了氮掺杂多孔炭，该电极材料在0.5A/g的电流密度下表现出345F/g的高电容值。然而，上述策略均忽略了HTC相对于热解预处理的另一个优点，即：在HTC过程中添加催化剂和掺杂剂能够一步完成水热炭形貌调控及元素掺杂，这可能是提高多孔炭电极材料电化学性能的另一种有效方法。同时，所述制备方法中使用的高腐蚀性KOH往往会破坏水热炭在HTC过程中形成的的特殊形貌，不利于材料的电化学性能提升。此外，过渡金属(铁，锰等)比杂原子(氮、硫等)具有更大的赝电容。因此，我们探索了一种新的方法期望解决上述问题。该策略选择硫酸铁作为HTC过程中的催化剂和掺杂剂制备了Fe修饰水热炭，随后使用绿色且弱碱性的碳酸氢钾作为活化剂，以维持所得水热炭的特殊形貌。
除了合成策略，生物质前驱体的选择同样关键。毛竹作为一种天然的木质纤维素资源，因其出色的可持续性和机械性能、易繁殖、快速成熟生长等特性，已成为促进绿色发展的重要选择。中国的毛竹资源十分丰富，探索其高附加价值利用策略具有极好的市场前景。而更重要的是，竹子富含的纤维素和半纤维素能够在HTC过程中轻易转化为有机小分子，随后通过缩合和聚合反应形成特殊形貌，这种特性也是毛竹成为合成特定炭微球/炭纳米片复合多孔炭电极材料的优势所在。由此可见，利用毛竹开发一种制备高性能生物炭电极材料的新方法具有十分重要的现实意义及经济价值。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于毛竹水热炭化的铁修饰炭微球/炭纳米片复合多孔炭的制备方法及其应用，所述工艺以毛竹为原料，通过在水热炭化过程中添加硫酸铁的策略同时实现水热炭形貌调控及铁元素掺杂，并在此基础上采用弱碱性钾盐碳酸氢钾为活化剂提高多孔炭比表面积并维持炭微球/炭纳米片复合结构，该方法对环境友好，成本低廉，易于实现规模化生产。同时所制备的材料电化学性能优异，能够在超级电容器中稳定应用。
为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种基于毛竹水热炭化的铁修饰炭微球/炭纳米片复合多孔炭的制备方法，包括以下步骤：
步骤1.将生物质原料毛竹粉碎成粉末后筛分，置于鼓风干燥箱中100～110℃下干燥12h；
步骤2.将粉碎后的毛竹原料、硫酸铁和超纯水按质量比(5～20):1:(50～200)均匀混合后进行水热处理，待反应结束自然冷却至室温后抽滤，用无水乙醇及超纯水洗涤去除杂质，置于鼓风干燥箱中100～110℃下烘干，得铁修饰炭微球/炭纳米片复合水热炭；
步骤3.将所述复合水热炭与活化剂混合后在研钵中充分研磨；
步骤4.将研磨后得到的混合物置于管式炉中，在惰性气体氛围中进行高温活化，待自然冷却至室温后，将所得到的材料经酸洗、水洗、烘干即得超级电容器用铁修饰炭微球/炭纳米片复合多孔炭。
进一步地，步骤1中经筛分后的所述毛竹粉平均粒径为40～100目。
进一步地，步骤2中所述的水热处理的方法为：将粉碎后的毛竹、硫酸铁与超纯水加入聚四氟乙烯内衬中超声混合15min，然后密封于水热反应釜中，最后置于160℃～200℃的马弗炉中反应12～36h。
进一步地，步骤3中所述活化剂为碳酸氢钾。
进一步地，步骤3中的铁修饰炭微球/炭纳米片复合水热炭与碳酸氢钾的质量比为1.0:(2.0～6.0)。
进一步地，步骤4中所述的高温活化方法为：将铁修饰炭微球/炭纳米片复合水热炭与碳酸氢钾的混合物置于刚玉舟中，然后放入管式炉，在氩气氛围下以5℃/min的速率从室温升温至650～850℃后煅烧，煅烧时间为1h。
进一步地，步骤4中所述酸洗过程为使用2mol/L的稀盐酸，水洗过程使用超纯水，烘干温度为105℃。
本发明还提供一种铁修饰炭微球/炭纳米片复合多孔炭的应用，所述应用是指将制备的铁修饰炭微球/炭纳米片复合多孔炭应用于超级电容器电极材料，具体包括铁修饰炭微球/炭纳米片复合多孔炭工作电极的制备和对称超级电容器制备两个步骤。
其中，铁修饰炭微球/炭纳米片复合多孔炭工作电极的制备方法为：将铁修饰炭微球/炭纳米片复合多孔炭、导电炭黑和60wt％的聚四氟乙烯水乳液按80:10:10的质量比混合，加入无水乙醇在玛瑙研钵中研磨10分钟至粘稠状，然后在长条形泡沫镍(集流体)的一端涂覆1cm×1cm的区域，随后在60℃下真空干燥12h，最后经压片机紧压制得工作电极，每个工作电极上的多孔炭质量为2～3mg。
超级电容器的制备方法为：选取两块多孔炭负载量相差小于0.1mg的工作电极，以纤维素滤纸为隔膜封装于CR2032纽扣电池组装成对称超级电容器，电解液为6mol/L KOH溶液和1mol/L Na2SO4溶液。
本发明有益效果在于：
(1)本发明通过在生物质水热炭化过程中加入硫酸铁的方式在低温条件下(160℃～200℃)制备多孔炭前驱体，克服了预炭化温度高、能耗大的缺陷。此外，铁离子不仅有助于促进木质纤维素分解进而形成微球/炭纳米片复合结构，还能络合铁原子到水热炭形成铁修饰炭微球/炭纳米片复合水热炭。
(2)本发明使用的活化剂碳酸氢钾腐蚀性弱、无毒无害，是一种绿色活化剂，有益于规模化工业生产。得益于活化剂的弱腐蚀性，水热炭的炭微球/炭纳米片复合结构在活化后能够得以保留。炭微球的存在能够提高电极材料分散性和流动性，炭微球/炭纳米片复合结构能够有效阻止炭纳米片堆积，为电解液的储存和扩散提供更大的空间，从而保证电解液与多孔材料的充分接触。
(3)本发明所制备的铁修饰炭微球/炭纳米片复合多孔炭具有独特的形貌，且比表面积大(1510m2/g)，孔径分布适宜(平均孔径2.34nm)，络合的铁氧化物能够提供额外赝电容，在电化学测试中表现出高比电容(467F/g)、大电流下的快速充放电能力及良好的循环稳定性(10A/g电流密度下充放电5000次循环后电容保持率达99.8％)。
(4)本发明所用的毛竹资源丰富、可再生且成本低；
因此，本发明在多孔材料和超级电容器领域具有广阔的应用前景。
附图说明
图1是实施例1所获得的铁修饰炭微球/炭纳米片复合多孔炭的扫描电子显微镜图；
图2是实施例1所获得的铁修饰炭微球/炭纳米片复合多孔炭中炭微球和炭纳米片的扫描电子显微镜图；
图3是实施例1所获得的铁修饰炭微球/炭纳米片复合多孔炭的低温氮气吸附-脱附等温曲线；
图4是实施例1所获得的铁修饰炭微球/炭纳米片复合多孔炭的孔径分布图(图4中的插图为局部放大图)；
图5是实施例1所获得的铁修饰炭微球/炭纳米片复合多孔炭的Fe 2p高分辨光电子能谱图；
图6是将实施例1所获得的铁修饰炭微球/炭纳米片复合多孔炭制备成工作电极，在三电极体系测试中(6M KOH电解液)，不同电流密度下的恒电流充放电图；
图7是将实施例1所获得的铁修饰炭微球/炭纳米片复合多孔炭制备成工作电极，然后组装成对称超级电容器(6M KOH电解液)，在不同电流密度下的恒电流充放电图；
图8是将实施例1所获得的铁修饰炭微球/炭纳米片复合多孔炭制备成工作电极，然后组装成对称超级电容器(6M KOH电解液)，在10A/g电流密度下的5000次循环充放电测试图；
图9是将实施例1所获得的铁修饰炭微球/炭纳米片复合多孔炭制备成工作电极，然后组装成对称超级电容器(1M Na2SO4电解液)，在不同电流密度下的Ragone图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明，以下实施例为本发明较佳实施方式，但本发明的实施方式并不受下述实施例的限制。
实施例1
将原料毛竹经涡轮研磨机粉粹后过40目标准筛，然后在105℃鼓风干燥箱中干燥12h。取6g粉碎后的毛竹原料与0.6g Fe2(SO4)3加入到60ml超纯水中，于室温下超声15min混合均匀，然后密封于带有聚四氟乙烯内衬的水热反应釜中，置于180℃的马弗炉中反应24h。待反应结束自然冷却至室温后抽滤，用无水乙醇及超纯水洗涤去除杂质，105℃烘干12h后得铁修饰炭微球/炭纳米片复合水热炭。将所述铁修饰炭微球/炭纳米片复合水热炭与碳酸氢钾以质量比1:6混合后在研钵中充分研磨。将得到的混合物置于管式炉中，在氩气氛围下以5℃/min的速率升温至850℃，保温1h。待管式炉自然冷却至室温，得到的产物先用2mol/L的稀盐酸溶液清洗，再用超纯水多次洗涤至中性，之后在105℃下干燥12h即得铁修饰炭微球/炭纳米片复合多孔炭。
实施例2
将原料毛竹经涡轮研磨机粉粹后过40目标准筛，然后在105℃鼓风干燥箱中干燥12h。取6g粉碎后的毛竹原料与1.2g Fe2(SO4)3加入到60ml超纯水中，于室温下超声15min混合均匀，然后密封于带有聚四氟乙烯内衬的水热反应釜中，置于200℃的马弗炉中反应24h。待反应结束自然冷却至室温后抽滤，用无水乙醇及超纯水洗涤去除杂质，100℃烘干12h后得铁修饰炭微球/炭纳米片复合水热炭。将所述铁修饰炭微球/炭纳米片复合水热炭与碳酸氢钾以质量比1:6混合后在研钵中充分研磨。将得到的混合物置于管式炉中，在氩气氛围下以5℃/min的速率升温至850℃，保温1h。待管式炉自然冷却至室温，得到的产物先用2mol/L的稀盐酸溶液清洗，再用超纯水多次洗涤至中性，之后在105℃下干燥12h即得铁修饰炭微球/炭纳米片复合多孔炭。
实施例3
将原料毛竹经涡轮研磨机粉粹后过80目标准筛，然后在105℃鼓风干燥箱中干燥12h。取6g粉碎后的毛竹原料与1.2g Fe2(SO4)3加入到60ml超纯水中，于室温下超声15min混合均匀，然后密封于带有聚四氟乙烯内衬的水热反应釜中，置于180℃的马弗炉中反应24h。待反应结束自然冷却至室温后抽滤，用无水乙醇及超纯水洗涤去除杂质，105℃烘干12h后得铁修饰炭微球/炭纳米片复合水热炭。将所述铁修饰炭微球/炭纳米片复合水热炭与碳酸氢钾以质量比1:2混合后在研钵中充分研磨。将得到的混合物置于管式炉中，在氩气氛围下以5℃/min的速率升温至850℃，保温1h。待管式炉自然冷却至室温，得到的产物先用2mol/L的稀盐酸溶液清洗，再用超纯水多次洗涤至中性，之后在105℃下干燥12h即得铁修饰炭微球/炭纳米片复合多孔炭。
实施例4
将原料毛竹经涡轮研磨机粉粹后过40目标准筛，然后在105℃鼓风干燥箱中干燥12h。取6g粉碎后的毛竹原料与0.6g Fe2(SO4)3加入到30ml超纯水中，于室温下超声15min混合均匀，然后密封于带有聚四氟乙烯内衬的水热反应釜中，置于180℃的马弗炉中反应24h。待反应结束自然冷却至室温后抽滤，用无水乙醇及超纯水洗涤去除杂质，110℃烘干12h后得铁修饰炭微球/炭纳米片复合水热炭。将所述铁修饰炭微球/炭纳米片复合水热炭与碳酸氢钾以质量比1:6混合后在研钵中充分研磨。将得到的混合物置于管式炉中，在氩气氛围下以5℃/min的速率升温至850℃，保温1h。待管式炉自然冷却至室温，得到的产物先用2mol/L的稀盐酸溶液清洗，再用超纯水多次洗涤至中性，之后在105℃下干燥12h即得铁修饰炭微球/炭纳米片复合多孔炭。
实施例5
将原料毛竹经涡轮研磨机粉粹后过100目标准筛，然后在100℃鼓风干燥箱中干燥12h。取6g粉碎后的毛竹原料与0.6g Fe2(SO4)3加入到60ml超纯水中，于室温下超声15min混合均匀，然后密封于带有聚四氟乙烯内衬的水热反应釜中，置于160℃的马弗炉中反应24h。待反应结束自然冷却至室温后抽滤，用无水乙醇及超纯水洗涤去除杂质，105℃烘干12h后得铁修饰炭微球/炭纳米片复合水热炭。将所述铁修饰炭微球/炭纳米片复合水热炭与碳酸氢钾以质量比1:6混合后在研钵中充分研磨。将得到的混合物置于管式炉中，在氩气氛围下以5℃/min的速率升温至650℃，保温1h。待管式炉自然冷却至室温，得到的产物先用2mol/L的稀盐酸溶液清洗，再用超纯水多次洗涤至中性，之后在105℃下干燥12h即得铁修饰炭微球/炭纳米片复合多孔炭。
实施例6
将原料毛竹经涡轮研磨机粉粹后过40目标准筛，然后在105℃鼓风干燥箱中干燥12h。取6g粉碎后的毛竹原料与0.3g Fe2(SO4)3加入到60ml超纯水中，于室温下超声15min混合均匀，然后密封于带有聚四氟乙烯内衬的水热反应釜中，置于180℃的马弗炉中反应12h。待反应结束自然冷却至室温后抽滤，用无水乙醇及超纯水洗涤去除杂质，105℃烘干12h后得铁修饰炭微球/炭纳米片复合水热炭。将所述铁修饰炭微球/炭纳米片复合水热炭与碳酸氢钾以质量比1:6混合后在研钵中充分研磨。将得到的混合物置于管式炉中，在氩气氛围下以5℃/min的速率升温至850℃，保温1h。待管式炉自然冷却至室温，得到的产物先用2mol/L的稀盐酸溶液清洗，再用超纯水多次洗涤至中性，之后在105℃下干燥12h即得铁修饰炭微球/炭纳米片复合多孔炭。
实施例7
将原料毛竹经涡轮研磨机粉粹后过40目标准筛，然后在105℃鼓风干燥箱中干燥12h。取6g粉碎后的毛竹原料与0.6g Fe2(SO4)3加入到60ml超纯水中，于室温下超声15min混合均匀，然后密封于带有聚四氟乙烯内衬的水热反应釜中，置于180℃的马弗炉中反应36h。待反应结束自然冷却至室温后抽滤，用无水乙醇及超纯水洗涤去除杂质，105℃烘干12h后得铁修饰炭微球/炭纳米片复合水热炭。将所述铁修饰炭微球/炭纳米片复合水热炭与碳酸氢钾以质量比1:4混合后在研钵中充分研磨。将得到的混合物置于管式炉中，在氩气氛围下以5℃/min的速率升温至850℃，保温1h。待管式炉自然冷却至室温，得到的产物先用2mol/L的稀盐酸溶液清洗，再用超纯水多次洗涤至中性，之后在105℃下干燥12h即得铁修饰炭微球/炭纳米片复合多孔炭。
实施例8
将原料毛竹经涡轮研磨机粉粹后过40目标准筛，然后在110℃鼓风干燥箱中干燥12h。取6g粉碎后的毛竹原料与0.6g Fe2(SO4)3加入到60ml超纯水中，于室温下超声15min混合均匀，然后密封于带有聚四氟乙烯内衬的水热反应釜中，置于180℃的马弗炉中反应24h。待反应结束自然冷却至室温后抽滤，用无水乙醇及超纯水洗涤去除杂质，105℃烘干12h后得铁修饰炭微球/炭纳米片复合水热炭。将所述铁修饰炭微球/炭纳米片复合水热炭与碳酸氢钾以质量比1:6混合后在研钵中充分研磨。将得到的混合物置于管式炉中，在氩气氛围下以5℃/min的速率升温至750℃，保温1h。待管式炉自然冷却至室温，得到的产物先用2mol/L的稀盐酸溶液清洗，再用超纯水多次洗涤至中性，之后在105℃下干燥12h即得铁修饰炭微球/炭纳米片复合多孔炭。
相关参数的测定：
将实施例1中制备的铁修饰炭微球/炭纳米片复合多孔炭材料经扫描电子显微镜观察，结果如图1和2所示，该多孔炭呈现炭微球/炭纳米片复合结构，具体如附图1和2所示。
将实施例1中制备的铁修饰炭微球/炭纳米片复合多孔炭材料经等温吸附曲线和孔径分布测试，结果如图3和4所示，结果表明其比表面积为1510m2/g，平均孔径2.34nm。
将实施例1中制备的铁修饰炭微球/炭纳米片复合多孔炭材料经光电子能谱仪测试，高分辨Fe 2p能谱图如图5所示，结果证明多孔炭中铁氧化物的存在；
将实施例1中制备的铁修饰炭微球/炭纳米片复合多孔炭材料制备成工作电极，以汞/***电极为参比电极、铂丝电极为对电极在三电极体系(6M KOH电解液)中以不同电流密度(0.5A/g～10A/g)进行恒电流充放电测试，结果如图6所示，当电流密度为0.5A/g时，比电容值达467F/g，且在10A/g电流密度下比电容值为250F/g，显示出大电流下优异的充放电能力。
将实施例1中制备的铁修饰炭微球/炭纳米片复合多孔炭材料制备成工作电极，然后组装成对称超级电容器(6M KOH电解液)后以不同电流密度进行恒电流充放电测试，结果如图7所示，当电流密度为0.5A/g时，比电容值达284F/g，且在10A/g电流密度下仍有84％的电容保持率，比电容值为238F/g，显示大电流下优异的充放电能力。
将实施例1中制备的铁修饰炭微球/炭纳米片复合多孔炭材料制备成工作电极，然后组装成对称超级电容器(6M KOH电解液)后以10A/g的电流密度进行5000次循环充放电测试，结果如图8所示，在5000次循环后仍有99.8％的电容保持率，显示出良好的循环稳定性。
将实施例1中制备的铁修饰炭微球/炭纳米片复合多孔炭材料制备成工作电极，然后组装成对称超级电容器(1M Na2SO4电解液)后以不同电流密度进行恒电流充放电测试，再计算其能量密度和功率密度，结果如图9(Ragone图)所示，当功率密度为225W/kg时，能量密度可达20.31W h/kg，当功率密度为6360W/kg时，能量密度仍可达6.54W h/kg。
最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于毛竹水热炭化的铁修饰炭微球/炭纳米片复合多孔炭的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1.将生物质原料毛竹粉碎成粉末后筛分，置于鼓风干燥箱中100～110℃下干燥12h。
步骤2.将粉碎后的毛竹原料、硫酸铁和超纯水按质量比(5～20):1:(50～200)均匀混合后进行水热处理，待反应结束自然冷却至室温后抽滤，用无水乙醇及超纯水洗涤去除杂质，置于鼓风干燥箱中100～110℃下烘干，得铁修饰炭微球/炭纳米片复合水热炭。
步骤3.将所述复合水热炭与活化剂混合后在研钵中充分研磨。
步骤4.将研磨后得到的混合物置于管式炉中，在惰性气体氛围中进行高温活化，待自然冷却至室温后，将所得到的材料经酸洗、水洗、烘干即得超级电容器用铁修饰炭微球/炭纳米片复合多孔炭。
2.根据权利要求1所述的一种基于毛竹水热炭化的铁修饰炭微球/炭纳米片复合多孔炭的制备方法，其特征在于，步骤1中经筛分后的所述毛竹粉平均粒径为40～100目。
3.根据权利要求1所述的一种基于毛竹水热炭化的铁修饰炭微球/炭纳米片复合多孔炭的制备方法，其特征在于，步骤2中所述的水热处理的方法为：将粉碎后的毛竹、硫酸铁与超纯水加入聚四氟乙烯内衬中超声混合15min，然后密封于水热反应釜中，最后置于160℃～200℃的马弗炉中反应12～36h。
4.根据权利要求1所述的一种基于毛竹水热炭化的铁修饰炭微球/炭纳米片复合多孔炭的制备方法，其特征在于，步骤3中所述活化剂为碳酸氢钾。
5.根据权利要求1所述的一种基于毛竹水热炭化的铁修饰炭微球/炭纳米片复合多孔炭的制备方法，其特征在于，步骤3中的铁修饰炭微球/炭纳米片复合水热炭与碳酸氢钾的质量比为1.0:(2.0～6.0)。
6.根据权利要求1所述的一种基于毛竹水热炭化的铁修饰炭微球/炭纳米片复合多孔炭的制备方法，其特征在于，步骤4中所述的高温活化方法为：将铁修饰炭微球/炭纳米片复合水热炭与碳酸氢钾的混合物置于刚玉舟中，然后放入管式炉，在氩气氛围下以5℃/min的速率从室温升温至650～850℃后煅烧，煅烧时间为1h。
7.根据权利要求1所述的一种基于毛竹水热炭化的铁修饰炭微球/炭纳米片复合多孔炭的制备方法，其特征在于，步骤4中所述酸洗过程为使用2mol/L的稀盐酸，水洗过程使用超纯水，烘干温度为105℃。
8.一种基于权利要求1-7任一项所述的方法制备铁修饰炭微球/炭纳米片复合多孔炭的应用，其特征在于，所述应用是指将制备的铁修饰炭微球/炭纳米片复合多孔炭应用于超级电容器电极材料，具体包括铁修饰炭微球/炭纳米片复合多孔炭工作电极的制备和对称超级电容器制备两个步骤。
其中，铁修饰炭微球/炭纳米片复合多孔炭工作电极的制备方法为：将铁修饰炭微球/炭纳米片复合多孔炭、导电炭黑和60wt％的聚四氟乙烯水乳液按80:10:10的质量比混合，加入无水乙醇在玛瑙研钵中研磨10分钟至粘稠状，然后在长条形泡沫镍(集流体)的一端涂覆1cm×1cm的区域，随后在60℃下真空干燥12h，最后经压片机紧压制得工作电极，每个工作电极上的多孔炭质量为2～3mg。
超级电容器的制备方法为：选取两块多孔炭负载量相差小于0.1mg的工作电极，以纤维素滤纸为隔膜封装于CR2032纽扣电池组装成对称超级电容器，电解液为6mol/L KOH溶液和1mol/L Na2SO4溶液。
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