[发明专利]一种聚氨酯基氮磷共掺杂碳材料及其制备与应用在审
申请号: | 202010064105.9 | 申请日: | 2020-01-20 |
公开(公告)号: | CN111261421A | 公开(公告)日: | 2020-06-09 |
发明(设计)人: | 蔺华林;李梦琰;刘顺昌;刘为民;李晓斌;韩生 | 申请(专利权)人: | 上海应用技术大学 |
主分类号: | H01G11/30 | 分类号: | H01G11/30;H01G11/32;H01G11/44;H01G11/48 |
代理公司: | 上海科盛知识产权代理有限公司 31225 | 代理人: | 吴文滨 |
地址: | 201418 *** | 国省代码: | 上海;31 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 聚氨酯 基氮磷共 掺杂 材料 及其 制备 应用 | ||
本发明涉及一种聚氨酯基氮磷共掺杂碳材料及其制备与应用,制备方法包括以下步骤:1)将聚氨酯泡沫切成块状,之后清洗并烘干;2)将步骤1)中烘干后的聚氨酯泡沫浸入磷酸盐溶液中,之后将吸收了磷酸盐溶液的聚氨酯泡沫置于烘箱中干燥;3)将步骤2)中干燥后的聚氨酯泡沫进行高温煅烧,即得到聚氨酯基氮磷共掺杂碳材料,该聚氨酯基氮磷共掺杂碳材料应用在超级电容器中。与现有技术相比,本发明制备的聚氨酯基氮磷共掺杂碳材料电化学性能优良,且采用一步碳化法合成步骤简单,制备过程无毒害,成本低廉,符合市场需求,在电极材料领域有较大应用潜力,适于大规模的工业化生产。
技术领域
本发明属于碳材料技术领域,涉及一种聚氨酯基氮磷共掺杂碳材料及其制备与在超级电容器中的应用。
背景技术
近年来,超级电容器受到研究者的广泛关注,它是一种介于常规电容器与化学电池之间的新型储能元件,不但具有传统电容器的放电功率,而且具备化学电池储备电荷的能力。与传统电容器相比,具有达到法拉第级别的超大电容量、较高的能量、较宽的工作温度范围和极长的使用寿命,充放电循环次数可达十万次以上,且不用维护。而且与化学电池相比,超级电容器具备较高的功率,且对环境无污染。因此,超级电容器是一种高效、实用、环保的能量存储装置,它优越的性能得到研究者的广泛关注与高度重视,目前发展十分迅速。
聚氨酯泡沫由大量微细孔和聚氨酯树脂孔壁经络构成,也叫PU泡沫,具有多孔性、密度低、比强度高等特点。根据所用原料品种的不同以及配方用量的变化,可以制得不同密度、不同性能的软质、半硬质以及硬质聚氨酯泡沫塑料,用于各种不同的用途,例如广泛应用于改善音质、控制噪声、隔热保温等需求的声学工程,建筑装饰业、工业、交通工具、航天航空、机电、家电、电子产品、服装织物等领域。聚氨酯的主要成分是低聚物多元醇(俗称白料)和多异氰酸酯(俗称黑料),这种泡沫具有三维孔隙结构,即使在高温碳化后形成聚氨酯基碳材料,依然能保持优良的机械性能。
然而,现有的聚氨酯基碳材料的制备困难,合成步骤繁琐,材料性能不佳,限制了其进一步应用。
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聚氨酯基氮磷共掺杂碳材料及其制备与应用。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:
一种聚氨酯基氮磷共掺杂碳材料的制备方法,该方法包括以下步骤:
1)将聚氨酯泡沫切成块状,之后清洗并烘干;
2)将步骤1)中烘干后的聚氨酯泡沫浸入磷酸盐溶液中,之后将吸收了磷酸盐溶液的聚氨酯泡沫置于烘箱中干燥;
3)将步骤2)中干燥后的聚氨酯泡沫进行高温煅烧,即得到所述的聚氨酯基氮磷共掺杂碳材料。
进一步地,步骤1)中,将聚氨酯泡沫切成(1.5-2.5)cm×(1.5-2.5)cm×(1.5-2.5)cm的立方体状。
进一步地,步骤1)中,清洗过程为:将聚氨酯泡沫用水和乙醇进行超声清洗20-40min。
进一步地,步骤1)中,烘干过程中,温度为60-90℃,时间为6-12h。
进一步地,步骤2)中,所述的磷酸盐溶液为磷酸钾溶液,该磷酸钾溶液的质量浓度为5-20%。
进一步地,步骤2)中,每8cm3的聚氨酯泡沫吸收20-30mL磷酸盐溶液。
进一步地,步骤2)中,干燥过程在真空烘箱中进行,干燥过程中,温度为60-100℃,时间为12-24h。
进一步地,步骤3)中,高温煅烧过程在氮气保护下进行,高温煅烧过程中,温度为600-800℃,时间为1-3h。
一种聚氨酯基氮磷共掺杂碳材料,该材料采用所述的方法制备而成。
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