一种氮、氧、硫共掺杂多孔碳纳米颗粒的制备方法.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CN109867271A(43)申请公布日2019.06.11(21)申请号201910178953.X(22)申请日2019.03.11(71)申请人同济大学地址200092上海市虹口区四平路1239号(72)发明人刘明贤宋子洋甘礼华(74)专利代理机构上海德昭知识产权代理有限公司31204代理人陈龙梅(51)Int.Cl.C01B32/05(2017.01)H01G11/44(2013.01)H01G11/36(2013.01)H01G11/34(2013.01)H01G11/30(2013.01)H01G11/24(2013.01)权利要求书1页说明书3页(54)发明名称一种氮、氧、硫共掺杂多孔碳纳米颗粒的制备方法(57)摘要本发明涉及一种氮、氧、硫共掺杂多孔碳纳米颗粒的制备方法。按1：1.4～5.7：50～210质量比依次称取硫脲、对苯醌和乙醇，先将硫脲和对苯醌溶于乙醇中混合均匀，在300～800转/分的搅拌速度下，于30～70℃反应120min。所得胺醌聚合物过滤、乙醇洗涤、干燥后与氢氧化钾以1：0.5～3的质量比混合，然后置于管式炉中，惰性气体保护，按2～20℃min-1的升温速率将该聚合物加热到600～1000℃碳化，恒温2～3h，自然降温至室温，即得氮、氧、硫共掺杂多孔碳纳米颗粒。本发明工艺简单，容易实施，反应时间短；制得的氮、氧、硫共掺杂碳纳米颗粒具有比表面积和杂原子含量高、分级孔结构、纳米颗粒几何形貌等优点，在用作超级电容器电极时，具有优良的电化学性能。CN109867271ACN109867271A权利要求书1/1页1.一种氮、氧、硫共掺杂多孔碳纳米颗粒的制备方法，其特征在于：先按质量比称取硫脲：对苯醌：乙醇＝1：1.4～5.7：50～210，将硫脲和对苯醌溶于乙醇中，混合均匀，在300～800转/分的搅拌速度下，于30～70℃反应120min，得到胺醌聚合物；将所得胺醌聚合物过滤、乙醇洗涤、干燥；再按质量比称取干燥的胺醌聚合物：氢氧化钾＝1：0.5～3，混合后置于管式炉中，惰性气体保护下，按2～20℃min-1的升温速率将其加热到600～1000℃碳化，恒温2～3h，自然降温至室温，即得氮、氧、硫共掺杂多孔碳纳米颗粒；上述惰性气体选用氮气、氩气、氦气中的一种；上述原料均为市售试剂级产品。2CN109867271A说明书1/3页一种氮、氧、硫共掺杂多孔碳纳米颗粒的制备方法技术领域[0001]本发明涉及一种氮、氧、硫共掺杂多孔碳纳米颗粒的制备方法，属于材料制备技术领域。背景技术[0002]电化学储能在清洁和可持续能源技术的发展中发挥着重要作用。超级电容器作为一类电化学器件，由于其功率密度高、充放电速度快、循环寿命长等特点，受到了人们的极大关注。电极是超级电容器的关键部件之一。目前为止，在各种制造电极的材料中，碳材料因其可调的多孔结构、大比表面积、良好的电子导电性和化学热稳定性等突出优点而被广泛使用。为了提高超级电容器的存储容量，有许多研究是致力于开发先进的碳电极材料的。[0003]碳纳米颗粒作为新型的功能材料，具有粒径可调、良好机械性稳定性以及形貌均一等诸多优点，在药物传输、催化剂载体、光电器件、能源存储等领域有着广阔的应用前景。发明名称为“混合法制备分级多孔结构的碳纳米颗粒及其在锂离子电池中的应用”(中国发明专利,申请号CN201810977540)就是在能源存储领域的应用。[0004]目前，碳纳米颗粒的制备方法主要有模板合成、自组装法、水热反应、化学气相沉积法。模板合成虽然可以定向合成规则的碳纳米颗粒材料，但该方法受制于模板剂的特定尺寸、成本高、制备过程需要后续去模板步骤，限制了实际应用。自组装法和化学气相沉积法通常需要严格的操作条件。水热反应要求较高的温度和压力环境。此外，碳纳米颗粒表面的相对惰性导致了材料的润湿性能较差，从而影响了其表面性能。发明内容[0005]本发明的目的在于公开一种新的碳纳米颗粒制备方法，具体是公开一种简单高效的氮、氧、硫共掺杂多孔碳纳米颗粒的制备方法。用本发明的方法制备的多孔碳纳米颗粒具有比表面积和杂原子含量高、分级孔结构、纳米颗粒几何形貌等优点。[0006]为达到上述目的，本发明选择以对苯醌和硫脲发生迈克尔加成反应生成醌胺聚合物，经过同步碳化/化学活化后制得氮、氧、硫共掺杂多孔碳纳米颗粒。本发明在碳纳米颗粒表面引入杂原子，不仅有助于提高其导电性和润湿性，同时杂原子还可以提供额外的赝电容，从而显著提高电化学性能。该法制备过程简单、省时、无需模板及复杂苛刻的实验条件，可以将杂原子均匀地引入到碳纳米颗粒材料骨架中。其作为超级电容器电极材料时，具有高比电容以及优越的循环稳定性。[0007]具体制备工艺是按如下步