[发明专利]酰胺类聚合物衍生一维氮掺杂纳米碳电极材料及制备方法

说明书

本发明提供了一种酰胺类聚合物衍生一维氮掺杂纳米碳电极材料及制备方法，制备出了能够作为锂/钠离子电池和超级电容器电极材料的一维氮掺杂纳米碳电极材料，使原本低附加值的酰胺类工程塑料能够用于绿色能源领域，有效降低成本，并提升电化学性能。该一维氮掺杂纳米碳电极材料的特征在于：由酰胺类聚合物或酰胺类聚合物复合材料为原料在惰性气体保护下经过高温碳化得到，其中，酰胺类聚合物为：由酸酐和胺类单体通过低温成盐，然后进行溶剂热反应所得到的具有一维纳米结构的酰胺类聚合物，酰胺类聚合物复合材料为：由酸酐和胺类单体通过低温成盐，再将盐与一维碳纳米材料混合后进行溶剂热反应得到的具有一维纳米结构的酰胺类聚合物复合材料。

技术领域

本发明属于电极材料领域，具体涉及一种酰胺类聚合物衍生一维氮掺杂纳米碳电极材料及其制备方法。

技术背景

日益增长的世界人口和迅猛增加的能源消费，给人类的生存与发展带来了巨大的挑战，亟待开发新的能源体系来解决所面临的问题。超级电容器具有高的功率密度和长的循环寿命，并且在减少有害排放和减少对石油源的依赖方面具有重要意义，因此超级电容器的发展拥有无限的潜力。超级电容器的应用大到电动汽车，小到便携式电子元器件，在现代社会发展中占据重要地位。

超级电容器的性能很大程度上取决于内部电极材料的性质，目前超级电容器电极材料主要为金属氧化物材料、导电聚合物材料、碳材料和复合电极材料四大类，其中金属氧化物有金属污染环境问题、金属储量有限和导电性差问题，导电聚合物的循环性差，复合材料成本高，而碳材料循环性佳、导电性好和成本低，因此碳材料的研究具有广阔的前景。碳材料一般来源有石墨、聚合物碳化、活性炭、碳纤维、碳纳米管和碳气凝胶等。由于石墨为矿产资源，其储量是有限，活性炭和碳纤维等制备复杂。因此，聚合物碳化法是比较可行的制备碳材料的方法。

工程塑料因其具有良好的机械性能，易成型加工，成本低等优势，在日常生活中应用广泛，又因其可形成共轭结构及多孔的形貌，已成为传统有机电极材料最有前途的替代品。例如，酰胺类工程塑料可作为锂电材料使用，且将其碳化后得到的衍生物氮掺杂碳材料可用于超级电容器电极材料。但目前仍需解决酰胺类聚合物衍生氮掺杂碳基电化学能源材料导电性、利用效率和比容量等问题。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种酰胺类聚合物衍生一维氮掺杂纳米碳电极材料及其制备方法，能制备出具有良好的电化学性能的一维氮掺杂纳米碳电极材料。

本发明为了实现上述目的，采用了以下方案：

一维氮掺杂纳米碳电极材料

本发明提供一种酰胺类聚合物衍生一维氮掺杂纳米碳电极材料，其特征在于：以酰胺类聚合物或酰胺类聚合物复合材料作为原料在惰性气体保护下经过高温碳化得到，其中，酰胺类聚合物为：由酸酐和胺类单体通过低温混合成盐，然后将盐进行溶剂热聚合反应所得到的具有一维纳米结构的酰胺类聚合物，酰胺类聚合物复合材料为：由酸酐和胺类单体通过低温混合成盐，再将盐与一维碳纳米材料混合后进行溶剂热聚合反应得到的具有一维纳米结构的酰胺类聚合物复合材料。这里提到的一维纳米结构包括纳米带、纳米管、纳米棒、纳米线，并且高温碳化后结构形貌基本保持不变。

优选地，本发明提供的酰胺类聚合物衍生一维氮掺杂纳米碳电极材料，还可以具有以下特征：酰胺类聚合物为聚酰胺、聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺中的任意一种。

优选地，本发明提供的酰胺类聚合物衍生一维氮掺杂纳米碳电极材料，还可以具有以下特征：酸酐单体为均苯四甲酸酐、1,4,5,8-萘四甲酸酐、1,2,4,5-环己烷四甲酸二酐、3,4,9,10-苝四羧酸酐中的任意一种，但不限于以上二酐；胺类单体为乙二胺、葵二胺、对苯二胺、1,4-环己二胺、4,4-二氨基二苯甲烷、4,4-二氨基二苯二硫醚、4,4-二氨基三连苯、1,6-二氨基芘、三聚氰胺、三(4-氨基苯基)胺、1,3,5-三(4-氨苯基)苯、三(2-氨乙基)胺、2,6-二氨基蒽醌、对苯二甲酰胺、4,4-二氨基二苯甲酮、4,4-二氨基二苯砜中的一种或多种，但不限于以上二胺。