[发明专利]一种调控海洋鱼骨类生物碳杂原子掺杂量的方法及其储钠器件的应用

权利要求书

1.一种调控海洋鱼骨类生物碳杂原子掺杂量的方法及其储钠器件的应用，其特征在于包含如下的步骤：

(a) 海洋生物质前驱体的筛选：从资源可持续利用和降低成本角度考虑，选择海洋鱼骨类废弃物作为前躯体，借助光学和电子显微技术研究生物前躯体的微观形貌与结构，探明生物质孔洞结构、形态、尺寸和分布情况；通过元素和谱学表征，确定生物质前驱体中氮、硫、氧等杂原子的元素含量；

(b) 多孔碳材料的制备：将筛选的鱼骨类前驱体放入管式炉中，在惰性气氛保护下将其碳化；将碳化后的样品用稀盐酸、热的氢氧化钠溶液、或者去离子水充分清洗去除杂质，放置烘箱中干燥之后得到碳纳米材料；

(c) 多孔碳材料的结构调控与活化：基于所合成的碳材料已含有大量的孔隙结构和部分表面官能团，但为了实现两者的调控，可通过空气氧气活化技术来完成；将制备好的多孔碳材料放置于管式炉中，在空气气氛下升温到一定温度保温一定时间；

(d) 组装钠离子电容器：将得到的碳材料与导电剂、粘结剂按照一定的比例配成浆料涂敷在不锈钢片上，在充满氩气的手套箱中将电极片与锂金属片组装成半电池，将半电池在小电流密度下进行充放电循环来实现预嵌锂；将完成预锂化的电极片与不同质量配比的正极片组装成全碳基钠离子电容器。

2.根据权利要求1所述的多孔碳材料的制备方法，其特征在于：在步骤a-b中，前驱体的帅选可以为：海洋动物骨骼（如墨鱼骨，鲨鱼骨等）、虾蟹壳、贝壳类等，此类海洋生物前驱体本身具有大量的胶原蛋白、甲壳素等生物大分子，这些生物大分子可以提供大量的杂原子掺杂。

3.根据权利要求1所述的多孔碳材料的制备方法，其特征在于：在步骤a-b中，海洋生物骨骼中含有大量的无机质（羟基磷灰石、碳酸钙、磷酸钙等），在碳化过程中，这些无机质可以直接作为模板或者活化剂来进行造孔。

4.根据权利要求1所述的多孔碳材料的制备方法，其特征在于：在步骤c中，空气氧化活化温度为250-450℃，保温时间为1-10h。

5.根据权利要求1-4所述的调控海洋鱼骨类生物衍生碳杂原子掺杂量的方法，其特征在于：所调控的多孔碳纳米材料具有高比表面积、多级孔结构、高含量N-O-S多原子掺杂等特性，应用于钠离子电极材料表现出了较好的润湿性和导电性、较低的内阻、并且富含赝电容；组装的钠离子电容器器件表现出卓越的能量-功率密度和超长的循环稳定性；并且工艺过程简单，成本低，可大批量生产。