[发明专利]基于有机盐的3D多孔碳材料、制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明属于无机材料的技术领域，涉及一种碳材料，具体涉及一种基于有机盐的3D多孔碳材料、制备方法及其应用。

背景技术

厨房调味料是平常百姓不可缺少的生活用品，它们主要包括食用油、调味酱、盐、糖、味精、淀粉、花椒、孜然等。这些厨房调味料是否能够“走出”厨房，起到其它作用呢？

纳米碳材料在电子传导能力和吸附能力等方面都具备常规材料无法比拟的优势。而多孔碳材料因具有高比表面积、高孔隙率、良好的导电性和导热性、可调控的孔径和表面性能，在催化剂、催化剂载体、超级电容器、吸附剂和气体储存等领域有广泛应用。能否将厨房调味料和碳材料联系起来，从而碰撞出智慧的火花。

发明内容

本发明目的是为了提供一种基于有机盐的3D多孔碳材料。 

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于有机盐的3D多孔碳材料制备方法，其特征在于：它包括以下步骤：

（a）取味精、盐分别加入水中溶解形成第一溶液；

（b）将所述第一溶液加热蒸干得颗粒晶体；

（c）将所述颗粒晶体置于惰性气体保护下升温碳化得黑色固体；

（d）将所述黑色固体研磨成粉，随后用浓度小于10mol/L的盐酸溶液洗涤，再用去离子水洗涤多次至中性，离心后真空干燥即可。

优化地，步骤（a）中，所述味精和所述盐的质量比为1：1~10。

优化地，步骤（c）中，所述颗粒晶体置于500~1100℃碳化0.5~2小时，所述升温速率为5~15℃/分钟。

本发明的又一目的是提供一种利用上述方法制备的基于有机盐的3D多孔碳材料。

本发明的再一目的是提供一种上述基于有机盐的3D多孔碳材料在超级电容器电极材料中的应用。

由于上述技术方案运用，本发明具有下列优点：

1) 本发明开创性地选用了味精和氯化钠作为原料制备碳材料，它们的价格低廉，来源广泛，方法简单；

2)本发明先将味精和氯化钠溶解后再烘干，这样能够使得它们在析出是充分混合均匀，从而有利于制备出孔径均匀、呈3D结构、比表面积较高的碳材料；

3)本发明制备的碳材料能够掺杂一定含量的氮元素，能够提高其吸附能力、导电性能、催化性能以及在超级电容器应用中提供法拉第电容。

附图说明

图1为实施例4中制备的碳材料的SEM图；

图2为实施例5中制备的碳材料的SEM图；

图3为实施例6中制备的碳材料的SEM图。

具体实施方式

本发明基于有机盐的3D多孔碳材料制备方法，它包括以下步骤：（a）取味精、盐分别加入水中溶解形成第一溶液；（b）将所述第一溶液加热蒸干得颗粒晶体；（c）将所述颗粒晶体置于惰性气体保护下升温碳化得黑色固体；（d）将所述黑色固体研磨成粉，随后用浓度小于10mol/L的盐酸溶液洗涤，再用去离子水洗涤多次至中性，离心后真空干燥即可。本发明开创性地选用了味精和氯化钠作为原料制备碳材料，它们的价格低廉，来源广泛，方法简单；而且先将味精和氯化钠溶解后再烘干，这样能够使得它们在析出是充分混合均匀，从而有利于制备出孔径均匀、呈3D结构、比表面积较高的碳材料；

需要说明的是味精和盐的质量比非常关键。步骤（a）中，当味精和盐的质量比为1：1~10时，尤其是质量比为1:2时，产生了意向不到的效果：碳材料的比表面积高达1300 m² g^-1以上。步骤（c）中，所述颗粒晶体置于500~1100℃碳化0.5~2小时，所述升温速率为5~15℃/分钟。

而且利用上述方法制备的基于有机盐的3D多孔碳材料能够意想不到地掺杂一定含量的氮元素，这能够大幅提高其吸附能力、导电性能、催化性能以及在超级电容器应用中提供法拉第电容，因而适合作为超级电容器的电极材料，进行工业化应用。

下面将结合实施例对本发明进行进一步说明。

实施例1

本实施例提供一种基于有机盐的3D多孔碳材料制备方法，它包括以下步骤：

（a）取5g味精、5g盐别加入500ml水中溶解形成第一溶液；

（b）将第一溶液置于100℃的烘箱中加热蒸干得颗粒晶体；

（c）将颗粒晶体置于真空管式炉中，通入氮气或者氩气等惰性气体，从室温以5℃/分钟的速度升温至500℃并煅烧（即碳化）2小时得黑色固体；

（d）将黑色固体用研钵研磨成粉，随后用浓度为1mol/L的稀盐酸溶液洗涤，再用去离子水洗涤三次至中性，离心后真空干燥即可。