[发明专利]盐模板法制备多孔氮碳复合物及其在超级电容器中的应用

说明书

技术领域

本发明提供了一种盐模板制备多孔氮碳复合物的方法；同时还涉及其在超级电容器中的应用。

背景技术

超级电容器是介于传统电容器和二次电池之间的一种新型储能装置，其容量可达几百至上千法拉。与传统电容器相比，它具有较大的容量、较高的能量、较宽的工作温度范围和极长的使用寿命；与蓄电池相比，它又具有较高的功率密度和更好的循环寿命，且对环境无污染。因此，超级电容器是一种应用前景广阔的化学电源。

目前，已经有许多文献报道氮掺杂碳材料用作超级电容器电极材料。Zhao等人(Adv.Mater.,2010,22,5202-5206)使用D-氨基葡萄糖作为前驱体，以氢氧化钾作为致孔剂，利用水热法制备多孔氮掺杂碳材料，在6mol·L^-1氢氧化钾电解液中，其比电容可增大到220F·g^-1。Wu等人(J.Am.Chem.Soc.,2012,134,19532-19535)采用二氧化硅作为模板，制备了一种氮掺杂石墨烯气凝胶，其比表面积达295m²·g^-1，比容量达226F·g^-1。李莉香、陶晶等人(Acta Phys.-Chim.Sin.,2013,29(1),111-116)利用苯胺原位化学聚合合成聚苯胺包覆碳纳米管，再炭化处理制备氮掺杂碳纳米管。这种氮掺杂碳纳米管在6mol·L^-1氢氧化钾电解液中的比容量可增大到205F·g^-1。

本发明利用盐模板法制备多孔氮碳复合物，其含氮量高，又具备较大的比表面积(370.59m²·g^-1)和优良的超级电容器性能(比电容可达364.93F·g^-1(扫速2mV·s^-1))，是一种理想的超级电容器的电极材料。同时，与其他多孔氮掺杂碳材料的制备方法相比，采用盐模板法制备多孔氮碳复合物，制备工艺简单、前驱体价格便宜，产物纯化简单，因而更容易实现规模化生产。

发明内容

技术问题：本发明的目地在于提供了一种盐模板法制备多孔氮碳复合物的方法及其在超级电容器中的应用。

技术方案：本发明的盐模板制备多孔氮碳复合物的方法，包括以下步骤：

1)根据现有技术制备聚邻苯二胺基体；

2)将聚邻苯二胺基体与低熔点无机盐混合物在溶剂中均匀混合，置于管式炉中，在氮气保护下，高温热解，得氮碳复合物与盐混合物；

3)将氮碳复合物与盐混合物研磨，酸洗，水洗，去除盐模板，干燥后得多孔氮碳复合物材料。

其中：

所述的步骤1)中，将邻苯二胺单体分散在水中，聚合引发剂为过硫酸铵；引发剂与邻苯二胺单体总量的质量比为1:1～1:2；

聚合反应的时间为12～24h；抽滤时用5％～10％的氨水和二次蒸馏水洗涤数次；反应后干燥的温度为80℃；

所述的步骤2)中，

聚邻苯二胺基体与低熔点无机盐的质量比为1:1～1:15，低熔点无机盐的组成为氯化钠与氯化锌；氯化钠与氯化锌的摩尔比为1:1～1:6。

聚邻苯二胺基体与低熔点无机盐混合时，溶剂为水、乙醇、丙酮或N-甲基吡咯烷酮，使用超声混合，混合时间为5～10min。

高温热解的温度为500～1000℃；升温速度为0.5～5℃·min^-1；恒温时间为2～3h。

所述的步骤3)中，将氮碳复合物与盐混合物研磨，去模板时使用浓盐酸和二次蒸馏水洗涤数次；干燥温度为50～90℃；干燥时间为12～24h。

采用本发明方法制备的多孔氮碳复合物用于超级电容器的电极材料时，将多孔氮碳复合物分散在二次蒸馏水中，浓度为1～5mg·mL^-1；滴加在玻碳上，室温下干燥器中干燥2h后，在其表面滴加浓度为0.05wt.％的Nafion乙醇分散液，室温下干燥器中干燥2h，制得修饰后的超级电容器电极。