一种异质原子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CN108364796A(43)申请公布日2018.08.03(21)申请号201810191783.4(22)申请日2018.03.08(71)申请人山东大学地址250061山东省济南市历下区经十路17923号(72)发明人慈立杰李德平彭瑞芹(74)专利代理机构济南圣达知识产权代理有限公司37221代理人王志坤(51)Int.Cl.H01G11/24(2013.01)H01G11/44(2013.01)H01G11/42(2013.01)H01G11/86(2013.01)权利要求书2页说明书8页附图4页(54)发明名称一种异质原子掺杂多孔碳材料及其制备方法(57)摘要本发明涉及一种异质原子掺杂多孔碳材料及其制备方法；所述制备方法包括如下步骤：1）将二水合柠檬酸盐与尿素或硫脲均匀研磨，按比例均匀混合，将混合物置于容器中，在惰性气体保护下，在管式炉中升温到一定温度，保温，自然冷却到室温，得到粉体；2）将步骤1）中得到的粉体研磨均匀，然后浸泡于去离子水中搅拌或超声处理，然后真空抽滤或离心，抽滤或离心后用去离子水和无水乙醇清洗粉末；直至滤液接近中性；3）将步骤2）中得到的粉末干燥、冷却、研磨均匀，即得。本发明制备的蜂巢状的多孔碳材料具有优异良好的功率密度、能量密度、倍率性能和循环性能，在循环20000周后，容量几乎无衰减，为新一代储能器件电极材料的制备提供了设计思路。CN108364796ACN108364796A权利要求书1/2页1.一种异质原子掺杂多孔碳材料的制备方法；其特征在于：所述制备方法包括如下步骤：1)将二水合柠檬酸盐与尿素或硫脲均匀研磨，按比例均匀混合，将混合物置于容器中，在惰性气体保护下，在管式炉中升温到一定温度，保温，自然冷却到室温，得到粉体；2)将步骤1)中得到的粉体研磨均匀，然后浸泡于去离子水中搅拌或超声处理，然后真空抽滤或离心，抽滤或离心后用去离子水和无水乙醇清洗粉末；重复上述浸泡、搅拌、抽滤、清洗的过程，直至滤液接近中性；3)将步骤2)中得到的粉末干燥、冷却、研磨均匀，即得异质原子掺杂多孔碳材料。2.如权利要求1所述的制备方法；其特征在于：所述二水合柠檬酸盐包括二水合柠檬酸钠、二水合柠檬酸钾；优选的，所述二水合柠檬酸盐、尿素或硫脲的质量比为(1-20)：(1-10)；进一步优选的，所述二水合柠檬酸盐、尿素或硫脲的质量比为(1-10)：1；优选的，所述容器包括刚玉舟、镍舟；优选的，所述惰性气体为氩气或者氮气；优选的，所述升温的速率为2-20℃/min；进一步优选的，所述升温的速率为4-10℃/min。3.如权利要求1所述的制备方法；其特征在于：步骤2)中，所述粉体与去离子水的比例为1g：500-1200mL；进一步优选的，所述粉体与去离子水的比例为1g：1000mL；优选的，所述搅拌或超声处理的时间为6-48h。4.如权利要求1所述的制备方法；其特征在于：所述浸泡、搅拌或超声、抽滤、清洗的重复次数为2-5次；优选的，所述浸泡、搅拌或超声、抽滤、清洗的重复次数为3次；优选的，所述干燥的条件为：60-90℃下真空干燥5-8h；进一步优选的，所述干燥的条件为：70℃下真空干燥6h。5.如权利要求1-4任一项所述的制备方法；其特征在于：用葡萄糖酸钠替代二水合柠檬酸盐；优选的，用硫酸铵替代硫脲；进一步优选的，用六亚甲基四胺替代尿素。6.一种异质原子掺杂多孔碳材料制备超级电容器电极材料的方法；其特征在于：所述方法包括如下步骤：(1)将权利要求1-5任一项制备方法得到的异质原子掺杂多孔碳材料与导电剂、分散剂混合后，投入有机溶剂中磁力搅拌，得到浆料；(2)将步骤(1)中的浆料涂敷于电极载体上，干燥，即得超级电容器电极材料。7.如权利要求6所述的方法；其特征在于：所述多孔碳材料、导电剂、分散剂的质量比为(5-10):1:1；优选的，所述多孔碳材料、导电剂、分散剂的质量比为8:1:1；优选的，所述导电剂包括：炭黑、石墨烯、碳纳米管；优选的，所述分散剂包括聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯；优选的，所述有机溶剂包括乙醇、N-甲基吡咯烷酮；优选的，所述电极载体包括集流体泡沫镍、不锈钢网。8.如权利要求6所述的方法；其特征在于：所述磁力搅拌的时间为6-10h；优选的，所述2CN108364796A权利要求书2/2页磁力搅拌的时间为8h。9.如权利要求6所述的方法；其特征在于：所述干燥的条件为：60-80℃真空干燥10-14h；优选的，所述干燥的条件为：70℃真空干燥12h。10.如权利要求1-5任一项制备方法及其制备的异质原子掺杂多孔碳材料在超级电容器电极材料制备中的应用；如权利要求6-9任一项所述的方法及其制备的超级电容器在储能、催化、污水处理领域中的应用。3CN108