[发明专利]掺杂多孔碳材料及其制备方法和多孔碳基电极材料

说明书

本发明涉及一种掺杂多孔碳材料的制备方法，包括以下步骤：以含杂原子和碱金属离子的有机盐为多孔碳材料前驱体，在惰性气体保护下煅烧，所述杂原子为第三、第五、第六主族的非金属原子；及用酸性溶液处理所述煅烧后的产物得到所述杂原子掺杂的多孔碳材料。本发明还涉及一种掺杂多孔碳材料和多孔碳基电极材料。

技术领域

本发明涉及功能性多孔碳材料技术领域，特别是涉及一种掺杂多孔碳材料及其制备方法和多孔碳基电极材料。

背景技术

由于现代社会便携式电子产品和电动汽车的发展，极大地促进了对高能量密度和高功率密度的存储器件的需求。超级电容器由于其高功率密度和优越的循环稳定性，引起了相当多的关注。通常，电极材料在超级电容器中起着至关重要的作用，能量存储主要通过电极/电解质界面上的电荷累积而发生，因此超级电容器的性能与电极材料的结构和组成密切相关。

碳材料由于其来源广泛，制备成本低，比表面积大，化学稳定性强等优点，在超级电容器中得到了广泛的应用。与其他碳材料(石墨烯、碳纳米管)相比，多孔碳材料由于其良好的导电性、高比表面积、多孔结构以及反应条件较为温和等优点，尤其是含杂原子的多孔碳材料可进一步改善碳材料的电化学性能，因此杂原子掺杂的多孔碳材料迅速发展成为一种新兴的电化学材料。

传统杂原子掺杂的多孔碳材料采用模板法或化学活化法造孔，为了实现杂原子掺杂到碳骨架中，需要在原有的碳源试剂中添加额外的氮源、硫源等杂原子添加剂，例如硫脲、过硫酸铵、三聚氰胺等，增加了生产成本。另外模板法不仅需要昂贵的模板剂，同时复杂的后续处理会消耗大量的时间。化学活化法则需要使用具有腐蚀性或毒性的活化剂KOH、NaOH、ZnCl₂等，对生产设备有较高的要求，且对环境造成一定的危害。

因此，如何通过一种操作工艺简单，低成本的方式制备掺杂多孔碳材料是亟需解决的问题。

发明内容

基于此，有必要提供一种单一前驱体制备掺杂多孔碳材料的方法。

相应地，本发明还提供了一种掺杂多孔碳材料和多孔碳基电极材料。

本发明提供一种掺杂多孔碳材料的制备方法，包括以下步骤：

以含杂原子和碱金属离子的有机盐为多孔碳材料前驱体，在惰性气体保护下煅烧，所述杂原子为第三、第五、第六主族的非金属原子；及

用酸性溶液处理所述煅烧后的产物得到所述杂原子掺杂的多孔碳材料。

在其中一个实施例中，所述碱金属离子为Na⁺或K⁺。

在其中一个实施例中，所述有机盐的分子量为100至500。

在其中一个实施例中，所述杂原子为硫原子、氮原子、磷原子以及硼原子中的一种或多种。

在其中一个实施例中，所述杂原子为硫原子和氮原子。

在其中一个实施例中，所述有机盐为安赛蜜或糖精钠。

在其中一个实施例中，所述煅烧的温度为600℃～800℃，所述煅烧时间为0.5小时～1小时。

在其中一个实施例中，所述酸性溶液中H⁺的浓度为3mol/L～7mol/L。

本发明还提供一种掺杂多孔碳材料，其采用所述的掺杂多孔碳材料的制备方法制得。

在其中一个实施例中，所述掺杂多孔碳材料的比表面积为430m²/g至1010m²/g。

在其中一个实施例中，所述掺杂多孔碳材料包括大孔、中孔和微孔，所述大孔的孔径为0.5μm～1.5μm，所述中孔的孔径为3.5nm～3.6nm，所述微孔的孔径分布为1.7nm～1.8nm。