[发明专利]一种多孔结构的氮、硫掺杂碳材料制备方法及其应用

说明书

本发明涉及一种多孔结构的氮、硫掺杂碳材料制备方法，包括以下步骤：S1：依次将桃胶、KOH和硫脲溶解于水中，在搅拌下反应，得到反应前体；S2：将反应的前体进行多次离心之后放入冷冻干燥机进行冻干；S3：将冻干后的反应前体在600℃～800℃下煅烧1h～5h，冷却至室温，得到煅烧后产物；S4：将煅烧产物通过盐酸溶液进行酸洗，并用去离子水洗至中性，干燥。与现有技术相比，本发明使用KOH和硫脲一步活化桃胶的方法合成多孔结构的氮、硫掺杂碳材料，合成的碳材料含有丰富的中孔和微孔，可达到良好的电化学性能；其中采用的KOH和硫脲对增强比表面积和改变材料的孔径起到协同作用。

技术领域

本发明涉及电化学和纳米材料技术领域，尤其是涉及一种多孔结构的氮、硫掺杂碳材料制备方法及其应用。

背景技术

减少化石燃料消耗和建立低碳循环已成为我们社会和经济可持续发展的全球必要条件。开发清洁和可再生能源是实现这一目标的最有效解决方案。超级电容器是一种介于传统电容器与电池之间的一种新型的绿色储能装置，其具有充电时间短、使用寿命长、温度特性好、节约能源和绿色环保等特点。超级电容器的性能主要取决于电极材料。常用的超级电容器的电极材料有碳材料、过渡金属氧化物、氢氧化物和导电聚合物等，其中碳材料以其良好的充放电能力被科研工作者深度研究。

多孔碳材料因为具有较高的比表面积，经济易得的制备过程，较强的稳定性，使用的较为广泛。但现有的多孔碳材料结构不稳定，氮、硫等元素掺杂不均匀导致电性能不稳定。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种多孔结构的氮、硫掺杂碳材料制备方法及其应用。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种多孔结构的氮、硫掺杂碳材料制备方法，包括以下步骤：

S1：依次将桃胶、KOH和硫脲溶解于水中，在搅拌下反应，得到反应前体；(桃胶吸水膨胀后可以使加入的KOH和硫脲与之均匀反应，便于增加孔的种类和形成氢键)

S2：将反应的前体进行多次离心之后放入冷冻干燥机进行冻干；

S3：将冻干后的反应前体在600℃～800℃下煅烧1h～5h，冷却至室温，得到煅烧后产物；

S4：将煅烧产物通过盐酸溶液进行酸洗，并用去离子水洗至中性，干燥。

进一步地，其特征在于，S1中桃胶、KOH和硫脲的摩尔投料比为质量比为1:1:1。(三种物质相当的比例有利于形成多孔碳，增加电极材料的比电容，提高材料的性能)

进一步地，S1中桃胶加入水中后其摩尔浓度为2％～6％。

进一步地，S1中的桃胶为天然桃胶。

进一步地，S3中的煅烧为在惰性气体为氮气或氩气，惰性气体流量为20mL/min～50mL/min。

本发明中多孔结构的氮、硫掺杂碳材料在快速、大规模电子运输材料中的应用。

本发明中多孔结构的氮、硫掺杂碳材料在超级电容器的电极材料中的应用。

本发明中多孔结构的氮、硫掺杂碳材料在超级电容器的电极材料中的应用，其特征在于，将多孔结构的氮、硫掺杂碳材料与炭黑、聚四氟乙烯按质量比8:1:1混合均匀压合在泡沫镍片(1cm×1cm)上，在60℃的烘箱中干燥12h制得工作电极。