[发明专利]三维相互交联氮掺杂针状碳、制备方法及应用

说明书

本发明公开了三维相互交联氮掺杂针状碳、制备方法及应用，制备的方法步骤如下：S1：反应物的预处理：先将芘分子溶解在乙醇水溶液中，然后将碳酸氢钾、碳酸氢钠混合物加入到所述乙醇水溶液中，低温干燥得到反应物；S2：三维相互交联氮掺杂针状碳的制备：把步骤S1得到的反应物置于管式炉中进行反应，反应结束，待冷却至室温后，将得到的产物取出，经蒸馏水洗涤干燥、研磨、过筛后得到三维相互交联氮掺杂针状碳。本发明以芘分子为原料，采用溶液混合法，可以达到反应物均匀混合的目的，采用简单的工艺制备锌离子混合电容器用三维相互交联氮掺杂针状碳，为芳香烃分子制备锌离子混合电容器用碳材料开辟了道路。

技术领域

本发明涉及材料制备技术领域，尤其涉及三维相互交联氮掺杂针状碳、制备方法及应用。

背景技术

环境污染与化石能源的大量消耗促使人们去开发和利用新的能源，如风能、太阳能、潮汐能、地热能等。新能源的收集和利用需要优异的能量转换与存储装置，如超级电容器、锂离子电池、锌离子电池等。然而，超级电容器的能量密度较低，电池的功率密度和循环性能较差。为了充分结合超级电容器与电池的优势，研究者开发了混合电容器，如锂离子混合电容器、钠离子混合电容器、锌离子混合电容器等。作为混合电容器的代表之一，锌离子混合电容器具有高的理论容量(823mAh/g)、长的循环寿命、高的功率密度、优异的物理化学稳定性。电极材料(如碳材料、金属氧化物及其复合物)是锌离子混合电容器的关键部件之一，对其性能起着决定性的作用。碳材料因其廉价、电子传导特性优异、比表面积高等特点成为锌离子混合电容器电极材料的首选。

但是对于现有的锌离子混合电容器中的碳材料的制备过程中主要采用强碱或强酸作为活化剂，容易造成设备的腐蚀和环境的污染，如何采用绿色环保的方法制备锌离子混合电容器用碳材料是本申请所要解决的技术问题。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了三维相互交联氮掺杂针状碳、制备方法及应用，以芳香烃芘为碳前驱体，廉价的碳酸氢钾与碳酸氢钠为活化剂，采用绿色可控的方法制备锌离子混合电容器用三维相互交联氮掺杂针状碳。

本发明提出的三维相互交联氮掺杂针状碳，所述碳材料为三维相互交联氮掺杂针状结构。

本发明提出的三维相互交联氮掺杂针状碳的制备方法步骤如下：

S1：反应物的预处理：先将芘分子溶解在乙醇水溶液中，然后将碳酸氢钾、碳酸氢钠混合物加入到所述乙醇水溶液中，低温干燥得到反应物；

S2：三维相互交联氮掺杂针状碳的制备：把步骤S1得到的反应物置于管式炉中进行反应，反应结束，待冷却至室温后，将得到的产物取出，经蒸馏水洗涤干燥、研磨、过筛后得到三维相互交联氮掺杂针状碳。

优选地，所述S1中芘分子与乙醇水溶液的质量比为1:2-5。

优选地，所述S1中碳酸氢钾和碳酸氢钠的质量比为1:1-5。

优选地，所述芘分子的质量与碳酸氢钾和碳酸氢钠总质量的比为1:2-4。

优选地，所述S1中低温干燥的温度为40-80℃。

优选地，所述S2中反应条件为：先通氨气排出管式炉内的空气后，继续以氨气为保护气，以5℃/min的升温速率加热至750-950℃，恒温反应60-120min。

优选地，所述氨气的流速为5-10mL/min。

本发明提出的上述三维相互交联氮掺杂针状碳在锌离子混合电容器中的应用。

作用机理：