[发明专利]制备氮掺杂多孔碳材料的方法及其应用

权利要求书

1.一种利用纤维素羧酸衍生物质子型离子液体为前驱体制备氮掺杂多孔碳材料的方法，其特征在于：包括如下步骤：

1)将纤维素羧酸衍生物、有机碱及水混合，在30-60℃油浴下反应1-24小时，合成纤维素羧酸衍生物质子型离子液体溶液，干燥得到A品；

2)将A品粉碎，用乙酸乙酯溶剂清洗三次，40-60℃真空干燥6-24h得到纤维素羧酸衍生物质子型聚离子液体，即B品；

3)将B品经过直接碳化法或两步法碳化处理，获得氮掺杂碳材料初产物，即C品；

4)将C品用盐酸清洗去除杂质，再用纯水清洗，在80-120℃真空干燥6-24h，即得到氮掺杂多孔碳材料。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤1)所使用的纤维素羧酸衍生物是由纤维素醚化或与丁二酸酐、马来酸酐、邻苯二甲酸酐或衣康酸酐进行酯化反应合成，制备得到的纤维素羧酸衍生物包括羧甲基纤维素CMC、丁二酸酐-纤维素、马来酸酐-纤维素、邻苯二甲酸酐-纤维素以及衣康酸酐-纤维素，具有如下结构特征：

R＝H或

其中50<n<1000，DS为0.1-3.0。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤1)中合成的质子型离子液体具有如下反应机制及结构特征：

上式中，

其中有机碱与纤维素羧酸衍生物的摩尔比为0.2：1-2.5：1；

所使用的有机碱为以下有机碱中的一种或两种：

。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤3)所述的直接碳化法的具体方法是，将纤维素羧酸衍生物质子型聚离子液体转移到管式炉中进行热处理，升温速率为5-10℃/min,惰性气体为氩气，氩气流量为100-200ml/min，碳化温度为700℃～900℃，保温时间为0.5～4h；

所述的两步法碳化法具体方法如下所述：

(1)将纤维素羧酸衍生物基质子型聚离子液体粉末转移到管式炉中进行初步碳化，升温速率为5-10℃/min，氩气气氛，气流量为100-200ml/min，碳化温度为400-500℃，保温时间为0.5-2h；

(2)将上一步中初步碳化的碳材料与造孔剂混合，在碳化同时进行造孔，造孔剂为氢氧化钾，碳材料/氢氧化钾的质量比为1：0.5～1：5，升温速率为5-10℃/min，惰性气体为氩气，氩气流量为100-200ml/min，碳化温度为600℃～900℃，保温时间为1-3h。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤4)所述的清洗是先用2M盐酸溶液，清洗时间为1-10h，再用纯水清洗至PH＝7。

6.一种如权利要求1所述的氮掺杂多孔碳材料作为电极在储能领域中的应用。