掺杂型多孔碳纳米卷电极材料及其制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113120883A(43)申请公布日2021.07.16(21)申请号202110428050.X(22)申请日2021.04.21(71)申请人湖南理工学院地址414006湖南省岳阳市学院路439号湖南理工学院化学化工学院(72)发明人张娜周民杰何斌鸿刘宇陈洋羊(74)专利代理机构北京庆峰财智知识产权代理事务所(普通合伙)11417代理人周小平(51)Int.Cl.C01B32/18(2017.01)H01M4/90(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图2页(54)发明名称掺杂型多孔碳纳米卷电极材料及其制备方法(57)摘要本发明提供了一种掺杂型多孔碳纳米卷电极材料的制备方法，(1)将经预处理后的富氮前驱体和掺杂源的混合物置于马弗炉中煅烧反应一定时间；(2)将煅烧反应产物超声分散在去离子水中，先往其中依次加入单体、稳定剂并搅拌形成混合溶液，之后在冰浴条件下往混合溶液中加入引发剂并搅拌反应一定时间；(3)将反应产物进行离心分离，将离心分离产物进行干燥；(4)将步骤(3)得到的物质经高温热解制得掺杂型多孔碳纳米卷电极材料。还提供了本发明方法制备得到的掺杂型多孔碳纳米卷电极材料。本发明方法工艺简单可行，其制备得到的材料具有高掺杂量、高比表面积以及高活性位点的特点，可应用于电化学储能和转换装置领域。CN113120883ACN113120883A权利要求书1/1页1.一种掺杂型多孔碳纳米卷电极材料的制备方法，其特征在于：按以下步骤进行：(1)将经预处理后的富氮前驱体和掺杂源的混合物置于马弗炉中煅烧反应一定时间；(2)将步骤(1)得到的煅烧反应产物超声分散在去离子水中，先往其中依次加入单体、稳定剂并搅拌形成混合溶液，之后在冰浴条件下往混合溶液中加入引发剂并搅拌反应一定时间；(3)将步骤(2)得到的反应产物进行离心分离，将离心分离产物进行干燥；(4)将步骤(3)得到的物质经高温热解制得掺杂型多孔碳纳米卷电极材料。2.如权利要求1所述的掺杂型多孔碳纳米卷电极材料的制备方法，其特征在于：所述掺杂源的用量为富氮前驱体用量的0.4～1％。3.如权利要求2所述的掺杂型多孔碳纳米卷电极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)得到的煅烧反应产物与去离子水的质量体积比为2mg：1～1.5ml，所述步骤(1)得到的煅烧反应产物与单体的质量体积比为200mg：0.2～1ml，所述单体与稳定剂的体积比为0.2～1：5。4.如权利要求3所述的掺杂型多孔碳纳米卷电极材料的制备方法，其特征在于：所述引发剂与步骤(1)得到的煅烧反应产物的质量比为1：10～25。5.如权利要求1所述的掺杂型多孔碳纳米卷电极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)中的高温热解步骤在充有保护气体且温度为800～1000℃环境下进行。6.如权利要求1～5任一所述的掺杂型多孔碳纳米卷电极材料的制备方法，其特征在于：所述富氮前驱体为三聚氰胺、尿素、硫脲中的一种或多种；所述掺杂源为柠檬酸、氧化硼、磷酸氢二铵中的一种；所述单体为苯胺或吡咯；所述稳定剂为浓盐酸、浓硫酸、浓硝酸中的一种；所述引发剂为过硫酸铵或氯化铁。7.一种掺杂型多孔碳纳米卷电极材料，其特征在于：采用如权利要求1～6任一所述的掺杂型多孔碳纳米卷电极材料的制备方法制得。8.如权利要求7所述的掺杂型多孔碳纳米卷电极材料，其特征在于：该电极材料应用在电化学储能和转换装置领域。2CN113120883A说明书1/4页掺杂型多孔碳纳米卷电极材料及其制备方法技术领域[0001]本发明涉及一种掺杂型多孔碳纳米卷电极材料及其制备方法。背景技术[0002]能源短缺和环境污染是21世纪人类面临的两大挑战，探寻一种新型、绿色、可持续的能源是解决这些问题的关键。碱金属电池、燃料电池、金属空气电池、锂硫电池等能源转换和储存装置由于能量密度高、循环寿命长以及环境污染小等特点成为可持续能源的优选。对于高性能的能源转换和储存装置而言，优异性能的电极材料的设计是关键因素。[0003]原始碳材料因低成本、高稳定性等优点被视为非常有前景的电极材料。然而，原始碳材料由sp2型碳杂化交联构成，表面常呈化学惰性，导致暴露的活性位点有限，因而限制了原始碳材料在能源转换和储存装置领域的广泛发展。为有效提升碳材料在电化学能源储存和转换装置中的应用，需要对碳材料进行改性，而如何改性则成为当前的一个研究课题。发明内容[0004]本发明旨在提供一种工艺简单可行的掺杂型多孔碳纳米卷电极材料的制备方法，同时还提供本发明方法制备得到的掺杂型多孔碳纳米卷电极材料，具有高掺杂量、高比表面积以及高活性位点的特点，具有良好的电化学性能。[0005]本发明通过以下方案实现：[0006]一种掺杂型多孔碳纳米卷电极材料的