[发明专利]一种利用含氟高分子制备氮掺杂碳材料的方法

权利要求书

1.一种利用含氟高分子制备氮掺杂碳材料的方法，其特征在于，将含氟高分子前躯体材料放置在氨气气氛中，在360℃～1200℃下煅烧，得到所述氮掺杂碳材料；所述含氟高分子前躯体材料为相对分子质量在1000～1000万之间的部分氢被氟取代的聚合物，选自聚偏氟乙烯（PVDF）、聚偏氟乙烯-六氟丙烯（PVDF-HFP）、聚氟乙烯（PVF）、乙烯一三氟氯乙烯共聚物（ECTFE）和乙烯一四氟乙烯（ETFE）共聚物中的至少一种；

所述氮掺杂碳材料中氮元素的原子掺杂量为4～15at%；所述氮掺杂碳材料的导电性为1～100 mS/cm。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在煅烧之前，还加入模板剂，所述模板剂选自介孔二氧化硅、分子筛、氧化镁中的至少一种；所述模板剂和含氟高分子前躯体材料的质量比为（0.1～5）：1；且在煅烧之后，采用刻蚀剂去除模板剂。

3.一种制备氮掺杂碳材料负载的导电碳毡的方法，其特征在于，包括：

（1）将含氟高分子前躯体材料和溶剂混合，得到混合溶液，所述含氟高分子前躯体材料为相对分子质量在1000～1000万之间的部分氢被氟取代的有机聚合物，选自聚偏氟乙烯（PVDF）、聚偏氟乙烯-六氟丙烯（PVDF-HFP）、聚氟乙烯（PVF）、乙烯一三氟氯乙烯共聚物（ECTFE）和乙烯一四氟乙烯（ETFE）共聚物中的至少一种；

（2）将导电碳毡浸泡于所得混合溶液中0.1～24小时后进行烘干，再放置在氨气气氛中，在360℃～1200℃下煅烧，得到所述氮掺杂碳材料负载的导电碳毡；

所述氮掺杂碳材料负载的导电碳毡，包括：导电碳毡，以及负载于导电碳毡上的氮掺杂碳材料，所述氮掺杂碳材料的负载量为 1 wt%～70 wt%；所述氮掺杂碳材料中氮元素的原子掺杂量为4%～15at%。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述溶剂选自N-甲基吡咯烷酮、氯仿、水和乙醇中的至少一种；所述混合溶液的浓度为5～100 mg/mL。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在混合溶液中还加入模板剂，所述模板剂选自介孔二氧化硅、分子筛、氧化镁中的至少一种；所述模板剂和含氟高分子前躯体材料的质量比为（0.1～5）：1；且在煅烧之后，采用刻蚀剂去除模板剂。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于，所述氨气气氛为氨气、或含有氨气的混合气体；

在选用开放容器进行煅烧时，所述氨气气氛的气体流量为1～10000 mL/分钟；

在选用时密闭容器进行煅烧时，所述氨气气氛的压力为0.1～100 MPa。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在选用开放容器进行煅烧时，所述氨气气氛的气体流量为300mL/分钟。

8.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于，所述煅烧温度为700℃。

9.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于，所述煅烧的升温速率为0.1～100 ℃/分钟；所述煅烧的时间为1分钟～10小时。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述煅烧的升温速率为20℃/分钟；所述煅烧的时间为4小时。

11.一种根据权利要求1所述的方法制备的氮掺杂碳材料在制备超级电容器、锂离子电池、催化材料、干燥材料和金属空气电池中的应用。

12.一种根据权利要求3所述的方法制备的氮掺杂碳材料负载的导电碳毡在制备超级电容器、锂离子电池、催化材料、干燥材料和金属空气电池中的应用。