[发明专利]一种异原子掺杂多孔碳材料及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种异原子掺杂多孔碳材料的制备方法，其特征在于：将含聚丙烯腈的溶液或将含异原子源A、聚丙烯腈的溶液以0.3～0.8 mL/min的速度滴加至醇溶液中，滴加过程保持醇溶液为搅拌状态，滴加完毕后，继续搅拌10～30 min获得悬浊液，对悬浊液进行溶剂热反应获得异原子掺杂多孔碳材料的前驱体，将前驱体置于保护气氛中煅烧即得异原子掺杂多孔碳材料；

所述异原子掺杂多孔碳材料具有蜂窝状三维多层级孔结构，其中大孔由相互交联的片状物构筑，大孔直径为1～5 μm，片状物由纳米颗粒组成，纳米颗粒之间分布介孔和微孔，纳米颗粒的大小为50～100 nm。

2.根据权利要求1所述的一种异原子掺杂多孔碳材料的制备方法，其特征在于：所述异原子选自硼、氮、磷、硫中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的一种异原子掺杂多孔碳材料的制备方法，其特征在于：

所述含聚丙烯腈的溶液的配取方法为：将PAN在30～80 ℃的水浴温度下加入N, N-二甲基甲酰胺中，搅拌均匀即得含PAN的溶液；

所述含聚丙烯腈的溶液中，PAN的分子量选自150000和/或85000；

所述含聚丙烯腈的溶液中，PAN的质量分数2～10 wt%。

4.根据权利要求1所述的一种异原子掺杂多孔碳材料的制备方法，其特征在于：

所述含异原子源A、聚丙烯腈的溶液中，异原子源A的浓度为0.1～1.5 mol/L；

所述异原子源A选自硼源、磷源M、硫源P中的至少一种；

所述硼源选自硼酸、硼酸三甲酯、硼酸三丁酯、硼酸三异丙酯、硼酸铵、四苯硼钠中至少一种；

所述磷源M选自磷酸三乙酯、磷酸三丁酯、磷酸三苯酯、磷酸三甲酚酯、氨基三亚甲基膦酸中至少一种；

所述硫源P选自硫脲、硫代乙酸、硫代氨基脲、硫代乙酰胺、L-半胱氨酸中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的一种异原子掺杂多孔碳材料的制备方法，其特征在于：

所述醇溶液选自丙三醇和醇M，所述醇M选自甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇、乙二醇中的至少一种；按体积比计，丙三醇：醇M=1:3～1:30。

6.根据权利要求1所述的一种异原子掺杂多孔碳材料的制备方法，其特征在于：

所述溶剂热反应的温度为150～200 ℃，溶剂热反应的时间为3～12 h；

所述煅烧的温度为500～900 ℃，煅烧的时间为1～10 h，升温速率为1～10 ℃/min。

7.根据权利要求1所述的一种异原子掺杂多孔碳材料的制备方法，其特征在于：

将异原子掺杂多孔碳材料前驱体与异原子源B置于保护气氛中煅烧即得异原子掺杂多孔碳材料；

所述异原子源B为硫源q和磷源N中的至少一种；

所述硫源q选自硫粉、硫脲、H₂S、硫代氨基脲、硫代乙酰胺、L-半胱氨酸中的一种，

所述磷源N选自红磷、次亚磷酸钠中的一种。

8.根据权利要求1-7任意一项所述的制备方法所制备的一种异原子掺杂多孔碳材料的应用，其特征在于：将异原子掺杂多孔碳材料作为钠离子电池负极材料应用于钠离子电池中。