[发明专利]一种制备海藻基多孔碳材料的方法

说明书

本发明公开一种海藻基多孔碳材料的制备方法。制备步骤：将干燥的海藻粉末浸泡在镍盐溶液中充分吸附镍离子后，干燥，并置于惰性气氛中高温煅烧得到碳化产物；将碳化产物用稀硝酸溶液浸泡，再用去离子水洗涤至中性，干燥处理得到海藻基多孔碳材料。其优点在于：制备方法简单，成本低廉、制备过程中无需昂贵的设备，适用于工业化大规模生产；实现了海藻高附加值的绿色转化；所制备的碳材料因同时具有较高的石墨化度、较大的比表面积和丰富的孔结构，而具有较高的比电容，可作为超级电容器的电极材料。

技术领域

本发明涉及一种制备海藻基多孔碳材料的方法，属于材料制备领域。

背景技术

能源问题一直是现代文明快速发展的首要问题之一。开发和利用新能源、寻找能代替化石燃料的新能源材料进而减少环境污染是现代科学研究的重要课题。目前为止，太阳能、风能、水能等能源已被成功用来发电，但太阳能、风能的不稳定性导致其真正运用到实际生活中少之又少。因此，需要良好的储能系统对能量进行有效地存储，再加以利用，从而缓解其受客观环境的影响。作为一种新型的能量储存装置，超级电容器以其充电快速、安全性高、功率密度高以及良好的循环性能等优点越来越受到科学研究者的青睐。电极材料是超级电容器性能的决定因素之一。目前，电极材料主要有三类：过渡金属氧化物材料、导电聚合物材料和碳材料。其中，过渡金属氧化物材料制备成本很高，不利于工业化生产，而导电聚合物材料循环性能不稳定，不能保障安全性。因此，碳材料以成本低廉、功率密度大、比电容大、循环性能稳定和循环寿命长等优点，成为市场应用前景最广阔的电极材料。生产碳材料的原料主要有煤、石油和生物质等。从可持续、环境和经济的角度来看，相比于煤和石油，丰富的、可再生的、低成本的天然生物质具有更高的实用价值。

目前，利用化学活化法处理生物质以期获得高比表面积的碳材料是最常用的制备碳电极材料的方法。但是过分地追求高比表面积虽然会极大地提高比容量，但是也会导致体积能量密度的急剧下降，而在实际应用中体积能量密度是衡量超级电容器性能最为关键的参数之一。同时，高比表面积意味着低石墨化度，而石墨化度反映的是电子传导能力，它也是决定电化学性能的一个关键因素。因此，过分地追求高比表面积并不可取，而开发同时具有高度石墨化，高比表面积和丰富孔结构的碳材料，并使比表面积和石墨化度达到一个理想的平衡状态势在必行。

海藻生长速度快，碳水化合物含量高，是制备碳材料的良好原料。我国沿海地区海藻储量丰富，但是目前绝大部分的海藻都是作为海洋废弃物处理丢弃。而利用海藻这种生物质来制备具有高度石墨化，高比表面积和丰富孔结构的碳材料还鲜有报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种制备海藻基多孔碳材料的方法。这种方法简单易行，具体包括如下步骤：

a.将海藻用去离子水清洗干净后进行干燥，之后将其研磨成粉末；

b.将海藻粉末浸泡在镍盐溶液中2-96小时，然后收集固体并于50-80℃干燥；

c.将步骤b得到的粉末样品置于管式炉中，在惰性气氛下，以2-5℃min^-1的升温速率升温至600-900℃，保温3-8小时后，冷却至室温，得到碳化产物；

d.将步骤c得到的碳化产物用1-3mol L^-1硝酸溶液浸泡1-12小时，再用去离子水洗涤至中性，然后于50-80℃干燥，得到海藻基多孔碳材料。

进一步地，在上述技术方案中，步骤b中所述镍盐为硫酸镍、醋酸镍、氯化镍中的一种。

进一步地，在上述技术方案中，步骤b中所述镍盐的体积为0.03-5L，浓度为0.2-1.0mol L^-1，优选0.2-0.6mol L^-1。

进一步地，在上述技术方案中，步骤b中海藻粉与镍盐溶液的用量比为0.5-100g：0.03-5L。