[发明专利]一种盐模板法制备双异质元素掺杂多孔碳材料的方法

说明书

本发明涉及一种盐模板法制备双异质元素掺杂多孔碳材料的方法，将碳源和异质元素掺杂源及盐模板混合并冷冻干燥，经过简单的碳化处理即可获得双异质元素掺杂的多孔碳材料，制备过程简单高效，得到的多孔碳材料孔隙发达，导电性优良。用作锌离子混合电容器电容型电极材料时，其高比表面积能够提供双电层电容，掺杂的异质元素可以提供赝电容，增加多孔碳材料的电荷储存。在0.5A g^‑1的电流密度下，容量高达75mAh g^‑1；在10A g^‑1的电流密度下循环5000次仍然具有50mAh g^‑1的容量，表现出优异的大电流循环性能。

技术领域

本发明属于多孔材料制备领域，涉及一种盐模板法制备双异质元素掺杂多孔碳材料的方法。

背景技术

多孔碳材料具有廉价易得、制备简单、高比表面积、高孔隙率及高导电性等优势，可以广泛应用于能量储存和转换、吸附剂、气体存储、催化剂载体等领域，受到越来越多研究人员的关注。该方法制备的多孔碳材料，同时具有发达孔隙提供的双电层电容和异质元素引入的赝电容。此外，异质元素的掺杂可以改善材料的导电性及表面特性，从而有利于提高多孔碳材料的电化学性能。

考虑到多孔碳材料的制备工艺比较繁琐，且比表面积难以达到2000m² g^-1。因此，设计兼具高比表面积和双异质元素掺杂的多孔碳材料，在大电流密度下实现长循环寿命，对混合电容器电极材料研究有重要意义。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种盐模板法制备双异质元素掺杂多孔碳材料的方法，通过盐模板活化得到具有双异质元素掺杂的高比表面积多孔碳材料，制备方法简单，原料低廉易得，适用性强。

技术方案

一种盐模板法制备双异质元素掺杂多孔碳材料的方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：将碳源、异质元素掺杂源和盐模板以质量为1︰0.5～1︰1～20溶于去离子水得到均匀混合溶液；所述碳源和氯盐的质量比为1:1～1:20；

步骤2：将混合溶液冷冻干燥后，在惰性气氛下以升温速率为0.5-30℃/min，先升温至250～550℃保温1～5小时，再升温至600～1200℃保温1～5小时，得到双异质元素掺杂的多孔碳材料。

所述盐模板中氯盐：碳酸盐或碳酸氢盐的质量比为1︰1～1︰10。

所述碳源是单宁酸、葡萄糖、蔗糖、淀粉、甲基纤维素或者壳聚糖。

所述异质元素掺杂源为硫脲、三聚硫氰酸或者六氯环三磷腈。

所述盐模板中的氯盐为氯化钾、氯化钠或者氯化锌。

所述盐模板中的碳酸盐或碳酸氢盐为碳酸钾、碳酸氢钾、碳酸钠或者碳酸氢钠。

有益效果

本发明提出的一种盐模板法制备双异质元素掺杂多孔碳材料的方法，将碳源和异质元素掺杂源及盐模板混合并冷冻干燥，经过简单的碳化处理即可获得双异质元素掺杂的多孔碳材料，制备过程简单高效，得到的多孔碳材料孔隙发达，导电性优良。用作锌离子混合电容器电容型电极材料时，其高比表面积能够提供双电层电容，掺杂的异质元素可以提供赝电容，增加多孔碳材料的电荷储存。在0.5A g^-1的电流密度下，容量高达75mAh g^-1；在10A g^-1的电流密度下循环5000次仍然具有50mAh g^-1的容量，表现出优异的大电流循环性能。

附图说明

图1为本发明方法实施例1制备的氮/硫共掺杂多孔碳材料的扫描电子显微镜图。