一种氮氧硫三掺杂多孔碳材料及其制备方法.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CN109279603A(43)申请公布日2019.01.29(21)申请号201811355957.2(22)申请日2018.11.15(71)申请人中国海洋大学地址266100山东省青岛市崂山区松岭路238号中国海洋大学(72)发明人王焕磊张浩阚景林(51)Int.Cl.C01B32/318(2017.01)C01B32/348(2017.01)H01G11/24(2013.01)H01G11/38(2013.01)H01G11/44(2013.01)H01G11/86(2013.01)权利要求书1页说明书6页附图8页(54)发明名称一种氮氧硫三掺杂多孔碳材料及其制备方法(57)摘要本发明公开了一种氮氧硫三掺杂多孔碳材料及其制备方法，属于新能源材料领域，通过选用真菌银耳作为前驱体，选用硝酸盐作为活化剂，控制银耳与活化剂的质量比为1:0.1～1:5，进行相关处理后得到银耳-活化剂混合物，放入管式炉中，在惰性气氛下进行碳化活化，进一步在稀盐酸、蒸馏水中充分清洗去除杂质，在烘箱中干燥，得到氮氧硫三掺杂多孔碳材料，该发明的制备方法简单易行，成本较低，得到的氮氧硫三掺杂碳材料具备分级开放的孔隙结构、大的比表面积，可应用于超级电容器的电极材料，在0～60℃测试时都具有大的比电容、良好的倍率性能和高的能量密度。CN109279603ACN109279603A权利要求书1/1页1.一种氮氧硫三掺杂多孔碳材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：a）选择碳前驱体与活化剂：选用真菌银耳作为前驱体，选用硝酸盐作为活化剂；b）浸渍：首先对银耳进行清洗、干燥，然后，将干燥好的银耳与硝酸盐加入到水中浸泡0～48h，直至活化剂被充分地吸收分散在银耳基体上，控制银耳与活化剂的质量比为1:0.1～1:5,之后将其进行收集，放入-50～-10℃的冷冻干燥机中进行干燥处理，得到银耳-活化剂混合物；c）碳化活化：将步骤b）得到的银耳-活化剂混合物放入管式炉中，在惰性气氛下进行碳化活化，所述惰性气氛选自氩气或氮气中的一种；d）清洗：将碳化活化后的样品进行清洗，分别在稀盐酸、蒸馏水中充分清洗去除杂质，在烘箱中干燥，得到氮氧硫三掺杂多孔碳材料。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在与，所述步骤a）中的活化剂硝酸盐为LiNO3、NaNO3、KNO3、Mg(NO3)2、Ca(NO3)2中的一种或多种。3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在与，所述步骤c）中碳化活化温度控制在500～1300℃，管式炉升温速率控制在0.1～10℃min-1，惰性气体流量为10～100mLmin-1，保温时间为0.5～10h。4.一种根据权利要求1-3任一项所述制备方法制得的氮氧硫三掺杂多孔碳材料。5.如权利要求4所述的氮氧硫三掺杂多孔碳材料，其特征在于，可应用于超级电容器的电极材料。2CN109279603A说明书1/6页一种氮氧硫三掺杂多孔碳材料及其制备方法技术领域[0001]本发明属于新能源材料领域，具体涉及一种高比表面、丰富氮氧硫三元素掺杂多孔碳材料及其制备方法，可应用于超级电容器方面。背景技术[0002]化石能源枯竭和气候变暖是人类共同面临的挑战。目前，全球能源需求向清洁化、多样化、可再生化、高效化方向发展。因此，开发和利用可再生能源是解决这一问题的关键。在现有的储能形式中，超级电容器和锂离子电池引起了人们的极大关注。然而，超级电容器相对锂离子电池仍然具有较低的能量密度。为了提高超级电容器的能量密度，碳材料通常被用作电极材料，是由于其容易获得，具有可控的微观结构和形貌，以及高安全性。不幸的是，作为超级电容器的商业电极材料，传统活性炭表现出低的比电容（在水电解液中比电容-1-1<300Fg，有机电解液中比电容100~120Fg）和差的倍率性能，这是由于其孔道的扭曲限制了离子传输动力学。[0003]考虑到传统商业活性炭材料在实际应用中的局限性，设计和制备新型的碳材料来改善超级电容器的电化学性能变得十分迫切。一般来说，增大碳材料的孔隙通道来提高比表面积，可以有效地改善电化学动力学过程。把生物质原料和化学活化剂（如KOH等）混合后，在惰性气氛中加热，经过一系列的反应，可得到高比表面积和分级多孔的碳材料。碳材料一旦具有高比表面积和分级的孔隙结构，就可以缩短离子扩散距离，为电荷转移反应提供丰富的活性位点，并促进离子的嵌入/脱出，进而提高超级电容器的比电容和倍率性能。因此，设计和制备分级多孔碳是一种有效的策略。近年来，异质原子掺杂的碳材料作为超级电容器电极引起了广泛的兴趣，这是因为引入异质原子可以调整碳材料的电子给体性质，从而调节其表面的电学和化学性能，进而提高导电性，增强表面润湿性，并提供额外的赝电容。[0004]代表