一种氮硫共掺杂三维蜂窝碳及其制备方法和应用.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CN112086636A(43)申请公布日2020.12.15(21)申请号202010837638.6(22)申请日2020.08.19(71)申请人广东工业大学地址510062广东省广州市越秀区东风东路729号(72)发明人程德建李争晖钟威豪程奥(74)专利代理机构广东广信君达律师事务所44329代理人彭玉婷(51)Int.Cl.H01M4/587(2010.01)H01M4/62(2006.01)H01M10/0525(2010.01)H01M10/054(2010.01)权利要求书1页说明书4页附图3页(54)发明名称一种氮硫共掺杂三维蜂窝碳及其制备方法和应用(57)摘要本发明属于新能源领域，公开了一种氮硫共掺杂三维蜂窝碳及其制备方法和应用。所述氮硫共掺杂三维蜂窝碳是将预处理的蝉翼浸于包覆溶液中，用滤纸吸掉多余的溶液，在100～300℃反应；将所得样品置于浓硫酸中在60～200℃处理，然后用去离子水清洗至中性，在惰性气体保护下，在600～1600℃进行碳化处理制得；所述包覆溶液是将水溶性酚醛树脂和硫脲加入二甲基亚砜中配制。该氮硫共掺杂三维蜂窝碳具有规则排列的蜂窝状结构和表层的石墨化，可以加速钠离子/锂离子的运输，提升了电池的首次库伦效率，从而得到高容量钠离子/锂离子电池负极材料。CN112086636ACN112086636A权利要求书1/1页1.一种氮硫共掺杂三维蜂窝碳，其特征在于，所述氮硫共掺杂三维蜂窝碳是将预处理的蝉翼浸于包覆溶液中，用滤纸吸掉多余的溶液，在100～300℃反应；将所得样品置于浓硫酸中在60～200℃处理，然后用去离子水清洗至中性，在保护气氛下，在600～1600℃进行碳化处理制得；所述包覆溶液是将水溶性酚醛树脂和硫脲加入二甲基亚砜中配制。2.根据权利要求1所述的氮硫共掺杂三维蜂窝碳，其特征在于，所述水溶性酚醛树脂、硫脲和二甲基亚砜的用量比为(1～3)g：(2～10)g：(5～50)mL。3.根据权利要求1所述的氮硫共掺杂三维蜂窝碳，其特征在于，所述在100～300℃反应的时间为1～48h。4.根据权利要求1所述的氮硫共掺杂三维蜂窝碳，其特征在于，所述在60～200℃处理的时间为1～12h。5.根据权利要求1所述的氮硫共掺杂三维蜂窝碳，其特征在于，所述碳化的时间为2～12h。6.根据权利要求1所述的氮硫共掺杂三维蜂窝碳，其特征在于，所述保护气氛为氮气或氩气。7.根据权利要求1-6任一项所述氮硫共掺杂三维蜂窝碳的制备方法，其特征在于，包括以下具体步骤：S1.取蝉翼用去离子水和无水乙醇超声清洗，在40～150℃烘干，得到预处理的蝉翼；S2.将水溶性酚醛树脂和硫脲加入二甲基亚砜中，搅拌使其溶解均匀，配制包覆溶液；S3.将预处理的蝉翼浸于包覆溶液中，用滤纸吸掉多余的溶液，在100～300℃反应；将所得样品放于浓硫酸中在60～200℃处理，然后用去离子水清洗至中性，在保护气氛下，在600～1600℃进行碳化，得到氮硫共掺杂三维蜂窝碳。8.一种电极材料，其特征在于，所述电极材料是将权利要求1-6任一项所述的氮硫共掺杂三维蜂窝碳，导电炭黑和PVDF，加入N-甲基吡咯烷酮制成浆料，在铜箔上进行涂布制得。9.根据权利要求8所述的电极材料，其特征在于，所述的氮硫共掺杂三维蜂窝碳，导电炭黑和PVDF的质量比为(6～8)：(1～3)：1。10.权利要求8或9所述的电极材料在钠离子电池或锂电池中的应用。2CN112086636A说明书1/4页一种氮硫共掺杂三维蜂窝碳及其制备方法和应用技术领域[0001]本发明属于新能源技术领域，更具体地，涉及一种氮硫共掺杂三维蜂窝碳及其制备方法和应用。背景技术[0002]在自然界中，许多生物具有各式各样的优良表面特性，这是由于它们在适应环境生存的条件下获得了近乎完美的微/纳米结构表面层。这些理想的表面也就顺其自然地成为了新型材料和结构的理想创新来源。例如猪笼草在表面上连续输送水的性能，蚊子眼睛的防雾性能，荷叶的自清洁和玫瑰花瓣上的水固定属性。关于如何将这些结构复制到新型功能表面中的研究已成为微纳米制造技术研究的前沿。因此，人造微/纳米结构也就具有了十分广阔的应用前景，例如观测系统，新能源电池，防雾薄膜，液滴传输以及其他有前景的应用。[0003]蝉作为仿生学领域的典型生物之一，具备一些鲜明的特性，例如疏水性，光捕获和灭菌的特性。本发明以蝉翅的锥形微/纳米结构的功能表面为灵感，通过一些人为的结构设计，构建出了一个立体的层状结构碳材料。将其运用于钠离子电池中，获得了性能优良的钠离子电池负极材料。[0004]相较于传统的电极材料，生物材料在结构和性能具有与生俱来的优势。比如蝉翼，它翅膀具备的锥形微/纳米结构表面，具有超疏水性