[发明专利]一种氮、磷、氯共掺杂碳材料、其制备方法及用途

说明书

本发明提供一种氮、磷、氯共掺杂碳材料、其制备方法及用途。所述氮、磷、氯共掺杂碳材料通过以下步骤制备：S1：将卤代共轭二烯、磷源和芳杂烃混合，于高压、密闭条件下反应，得到第一产物；S2：对所述第一产物进行冷却、洗涤、干燥，得到第二产物；S3：将所述第二产物在惰性气氛中进行高温处理，得到氮、磷、氯共掺杂碳材料。本发明的氮、磷、氯共掺杂碳材料具有优良的电学性能，可用于超级电容器领域。

技术领域

本发明属于无机功能材料领域，尤其涉及一种氮、磷、氯共掺杂碳材料、其制备方法及用途。

背景技术

超级电容器是一种新型、高效、实用的能量储存装置，具有大容量、高功率、长寿命、成本低廉、环境友好等优越的性能，是能量储存领域的一项革命性发展，并可在某些领域取代传统蓄电池、发挥电池不能发挥的优势，随着十三五国家对新能源方向的重视和投入以及政策支持，超级电容器有比以往更好的发展空间。

资源丰富、结构多样、成本适中的碳材料是目前应用最广的超级电容器电极材料。但还存在能量密度特别是体积能量密度偏低等缺陷，这极大地限制了超级电容器的大规模商业化应用。

目前，利用杂原子(氮、硼、磷、氟、氧、硫等)掺杂到碳材料中，不仅能有效的提高材料的体积能量密度，而且还能保持良好的稳定性和较高的功率密度。

近日，F.Q.Huang等人(Nitrogen-doped mesoporous carbon of extraordinarycapacitance for electrochemical energy storage,Science,2015,350,1508.)利用介孔二氧化硅为模板，制备合成了氮掺杂的介孔碳，该材料比电容为855F g^-1，能量密度达到19.5Wh L^-1，但其合成困难，不能大批量制备。

J.S.Zhou等人(Ultrahigh volumetric capacitance and cyclic stability offluorine and nitrogen co-doped carbon microspheres,Nat.Commun.,2015,6,8503)通过水热法合成了氮氟共掺杂的碳微球，该碳微球拥有优异的体积容量(521F cm^-3)，循环10000圈后容量不衰减，但是大电流下，比电容还是不理想。

Q.H.Yang等人(A Metal-Free Supercapacitor Electrode Material with aRecord High Volumetric Capacitance over 800F cm^-3,Adv.Mater.2015,27,8082.)利用石墨烯和聚苯胺进行复合，制备了高密度氮掺杂的碳材料，其体积比电容达到800F cm^-3,并且具有很好的稳定性。

如上所述，现有技术中公开了各种通过杂原子掺杂制备高体积能量密度碳材料的方法，并且由此得到了多种具有高性能的新型碳材料，但这些碳材料，在高倍率条件下通常会发生迅速衰减，此外这些合成方法还存在成本高、宏量制备困难，这严重限制了其实际的应用和工业化生产。

因此，基于目前超级电容器的缺陷以及改进方式，如何利用新的合成方法，在保持高功率密度、长寿命的前提下获得高体积能量密度的碳材料，应用于超级电容器领域，具有十分重要的意义，也是目前电化学能量领域的研究热点和重点，而这也正是本发明得以完成的基础所在和动力所倚。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种氮、磷、氯共掺杂碳材料及其制备方法，该材料具有优良的电学性能，可用于超级电容器领域。

本发明的另一个目的在于提供一种氮、磷、氯共掺杂碳材料的用途。

本发明的另一个目的在于提供一种氮、磷、氯共掺杂碳材料的电容器电极及其制备方法。