一种N/P共掺杂碳纳米笼的制备方法及其应用.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115881445A(43)申请公布日2023.03.31(21)申请号202310032804.9H01G11/86(2013.01)(22)申请日2023.01.10H01G11/04(2013.01)(71)申请人滁州学院地址239000安徽省滁州市南谯区会峰西路1号(72)发明人魏风李斌周成成杨美婷(74)专利代理机构北京盛询知识产权代理有限公司11901专利代理师李茜茜(51)Int.Cl.H01G11/30(2013.01)H01G11/26(2013.01)H01G11/44(2013.01)H01G11/34(2013.01)H01G11/36(2013.01)权利要求书1页说明书5页附图3页(54)发明名称一种N/P共掺杂碳纳米笼的制备方法及其应用(57)摘要本发明公开了一种N/P共掺杂碳纳米笼的制备方法及其应用，涉及炭材料制备与储能技术领域。方法包括以下步骤：将氯化铜溶液和碳酸钾溶液混合均匀后加热，过滤，干燥，得到所述碱式碳酸铜；将蒽油、所述碱式碳酸铜、离子液体和N,N‑二甲基甲酰胺混合均匀，得到反应物；对所述反应物进行碳化处理，得到所述N/P共掺杂碳纳米笼。本发明以廉价的氯化铜与碳酸钾为原料制备碱式碳酸铜，代替昂贵的金属氧化物模板和碱性活化剂，避免了强碱活化剂使用过程中对设备的腐蚀，碱式碳酸铜分解产生的二氧化碳可以作为活化剂进行物理活化，同时氧化铜作为模板，可以形成笼状结构，有助于电解液离子的存储与传输。CN115881445ACN115881445A权利要求书1/1页1.一种N/P共掺杂碳纳米笼，其特征在于，所述N/P共掺杂碳纳米笼中N含量为2.6～4.2at％，P含量为1.7～2.1at％，平均孔径为2.5～3.1nm，比表面积为1200～2400m2/g，总孔孔容为0.9～1.6cm3/g，微孔孔容为0.3～0.7cm3/g。2.一种权利要求1所述的N/P共掺杂碳纳米笼的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，碱式碳酸铜的制备：将氯化铜溶液和碳酸钾溶液混合均匀后加热，过滤，干燥，得到所述碱式碳酸铜；步骤2，反应物的预处理：将蒽油、所述碱式碳酸铜、离子液体和N,N‑二甲基甲酰胺混合均匀，得到反应物；步骤3，N/P共掺杂碳纳米笼的制备：对所述反应物进行碳化处理，得到所述N/P共掺杂碳纳米笼。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤1中，所述氯化铜溶液、所述碳酸钾溶液的浓度均为0.1～0.5mol/L；氯化铜与碳酸钾的物质的量比为1:1～2；所述加热的温度为40～80℃，时间为12h。4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤2中，所述蒽油与所述碱式碳酸铜的质量比为1:2～4；所述碱式碳酸铜占所述蒽油、碱式碳酸铜与离子液体总质量的4/7～8/11；所述N,N‑二甲基甲酰胺的用量为能够使蒽油、碱式碳酸铜与离子液体在液体状态混合均匀即可。5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤2中，所述离子液体为1‑乙基‑3‑甲基咪唑六氟磷酸盐。6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤3中，所述碳化处理具体为：先以2℃/min的升温速率从室温加热到200℃，保持1h后，以5℃/min的升温速率加热到850‑1050℃，恒温1h。7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤3中所述碳化处理后还包括酸洗、干燥、研磨、过筛的步骤。8.如权利要求1所述的N/P共掺杂碳纳米笼在锌离子混合电容器中的应用。9.一种锌离子混合电容器，其特征在于，正极材料包括权利要求1所述的N/P共掺杂碳纳米笼。2CN115881445A说明书1/5页一种N/P共掺杂碳纳米笼的制备方法及其应用技术领域[0001]本发明涉及炭材料制备与储能技术领域，特别是涉及一种N/P共掺杂碳纳米笼的制备方法及其应用。背景技术[0002]随着化石燃料的消耗，导致二氧化碳排放，形成温室效应，使得冰川融化、海平面上升，这一现象促使人们去开发新的能源，进而减少二氧化碳的排放。然而新能源的开发需要能量存储与转化装置，市场上普遍使用的能量存储与转化装置是锂离子电池，然而锂源价格的攀升及其低储量，使得迫切需要开发廉价的储能器件。作为最优前景的储能器件之一，锌离子混合电容器有机地结合了锌离子电池高能量密度和超级电容器长循环寿命与高功率密度的优点，然而，正极材料(如碳材料、金属材料、导电聚合物)的性能限制了它的应用区域。作为廉价正极材料，碳材料的制备前驱体有化工副产物、生物质、聚合物等，以化工副产物为碳源，不仅可以减少对环境的污染，而且可以实现其高附加值利用。然而，碳材料的制备过程中由于纳米金属氧化物模板的使用导致材料的成本较高，且利用强碱作为活化剂，对设备产生了腐蚀。此外，多孔碳