[发明专利]一种氮掺杂多孔炭材料及其制备方法与应用

权利要求书

1.一种氮掺杂多孔炭材料，其特征在于：其比表面积为1600-3500m²g^-1，孔径为2-50nm的介孔所占全部孔的比例为20-40％，平均孔径为2-20nm，多孔炭材料中氮原子质量百分数为13.6wt％-19.3wt％。

2.一种氮掺杂多孔炭材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

将炭质前驱体洗净、烘干、粉碎，得生物质粉末；

将生物质粉末在保护性气体或氨气氛围内高温碳化，碳化的温度为600-800℃，得碳化产物；

将碳化产物、化学活化剂饱和溶液和氮源材料超声混合浸渍，所述氮源材料为三聚氰胺、聚苯胺或吡啶；

将浸渍后产物在惰性气氛下加热处理，即得生物氮掺杂多孔炭。

3.根据权利要求2所述的氮掺杂多孔炭材料的制备方法，其特征在于：所述炭质前驱体包括但不限于蒜辫、马尾藻、木屑、果壳和秸秆；

优选的，所述炭质前驱体经粉碎后过80目筛；

优选的，所述碳化的时间为1.5-2.5h；

优选的，所述化学活化剂饱和溶液为KOH饱和溶液；

优选的，碳化产物、化学活化剂饱和溶液和氮源材料的质量比为1-3:1-5:0.1-2。

4.根据权利要求2所述的氮掺杂多孔炭材料的制备方法，其特征在于：超声处理的频率为10-50kHz，功率为80-150W，超声处理的时间为4-8min。

5.根据权利要求2所述的氮掺杂多孔炭材料的制备方法，其特征在于：所述加热处理的温度为750-800℃，加热处理的时间为2-2.5h；

优选的，所述制备方法还包括将所得生物氮掺杂多孔炭进行洗涤和烘干的步骤；

优选的，采用10-20wt％的盐酸对所得的生物氮掺杂多孔炭进行酸洗，再用去离子水洗至中性。

6.权利要求2-5任一所述制备方法制备得到的氮掺杂多孔炭。

7.权利要求6所述氮掺杂多孔炭在制备超级电容器材料中的应用。

8.一种活性炭电极，其特征在于：其组分中包括上述氮掺杂多孔炭；

进一步的，所述活性炭电极的组分还包括导电剂和粘结剂，导电剂为导电炭黑、乙炔黑、石墨类添加剂或碳纳米管添加剂，粘结剂为PTFE、PVDF、聚乙烯醇、轻甲基纤维素钠、聚烯烃类、橡胶类或聚氨醋。

9.权利要求8所述活性炭电极的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

向氮掺杂多孔炭、粘结剂和导电剂的混合物中加入溶剂，调制成浆料；

将浆料均匀涂到集流体上，经干燥制得；

或将浆料加热压制成型，制得；

优选的，所述集流体为铜箔、铝箔、镍网或不锈钢箔。

10.权利要求6所述氮掺杂多孔炭在作为CO₂吸附剂中的应用。