[发明专利]一种改性碳基材料及其制备方法与应用

权利要求书

1.一种改性碳基材料，其特征在于，包括碳基材料和原位生长在所述碳基材料上的N掺杂碳气凝胶，所述N掺杂碳气凝胶呈苔藓状。

2.根据权利要求1所述的改性碳基材料，其特征在于，孔隙率为5.5～7.0mL g-1，比表面积为0.2～0.45m2 g-1。

3.根据权利要求1所述的改性碳基材料，其特征在于，所述碳基材料选自碳毡、碳布、碳纸、石墨毡中的至少一种。

4.一种改性碳基材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将碳基材料分散在聚合物单体分散液中，得到混合体系；

(2)将交联剂、引发剂添加到步骤(1)得到的混合体系中进行凝胶化反应，真空冷冻干燥，得到材料前体；

(3)对步骤(2)得到的材料前体进行煅烧，得到改性碳基材料。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述聚合物单体选自N-异丙基丙烯酰胺、丙烯酰胺、乙二醇、聚乙烯醇缩丁醛、聚乙烯吡咯烷酮中的至少两种；

优选地，所述聚合物单体为N-异丙基丙烯酰胺和丙烯酰胺的混合物；

优选地，所述N-异丙基丙烯酰胺和丙烯酰胺的质量比为0.9～5：0.05；

优选地，步骤(1)所述聚合物单体分散液中溶剂为水、乙醇、丙酮中的至少一种；

优选地，步骤(2)中所述交联剂为N,N′-亚甲基双丙烯酰胺、植酸中的至少一种；

优选地，步骤(2)中所述引发剂为过硫酸盐；

优选地，所述过硫酸盐选自过硫酸铵、过硫酸钾、过硫酸钠中的至少一种。

6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述聚合物单体分散液中聚合物单体的质量浓度为0.1～50％；

优选地，步骤(1)中所述碳基材料与聚合物单体的质量比为1：100～100：1，其中，聚合物单体的质量均以聚合物单体总质量计；

优选地，所述聚合物单体与交联剂的摩尔比为0.01～700：1；

优选地，所述引发剂与所述交联剂的质量比为1：0.5～200。

7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述分散的具体条件包括：

分散温度为0～100℃；

分散时间为1～5h。

8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述凝胶化反应的具体条件包括：

反应温度为30～100℃；

反应时间为0.5h～24h；

优选地，步骤(2)所述真空冷冻干燥的具体条件包括：

干燥温度为-40℃～0℃；

干燥时间为1～24h；

优选地，步骤(3)所述煅烧的具体条件包括：

煅烧温度为600～1000℃；

煅烧时间为1～24h；

优选地，煅烧升温速率为1～10℃/min。

9.权利要求1～3任一项所述的改性碳基材料、权利要求4～8任一项所述的制备方法制备的改性碳基材料中的至少一种作为电极材料在液流电池中的应用。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述液流电池为全钒液流电池。