[发明专利]一种氮掺杂多孔片层炭及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种氮掺杂多孔片层炭及其制备方法和应用。本发明的氮掺杂多孔片层炭的制备方法包括以下步骤：将含氮化合物、氯化物、活性添加剂和碳源混合加热至共熔，再在保护气氛中进行煅烧，即得氮掺杂多孔片层炭。本发明的氮掺杂多孔片层炭具有优异的电化学性能，且制备工艺简单、反应可控、清洁环保、成本低廉，具有很好的工业化应用前景。

技术领域

本发明涉及炭材料技术领域，具体涉及一种氮掺杂多孔片层炭及其制备方法和应用。

背景技术

随着以电动车、风力发电、潮汐发电为代表的新能源产业迅猛发展，人们对于高性能储能器件的需求急剧增加。锂离子电容器是一种新型的储能器件，兼具超级电容器高功率密度和锂离子电池高能量密度的优点，受到了业界和研究人员的广泛关注。然而，锂离子电容器的能量密度相对较低(与锂离子电池相比)，制约了其应用和发展，而改进电极材料的性能是提高锂离子电容器能量密度的主要途径之一。

炭材料具有良好的化学稳定性、结构可塑性和导电性，是理想的锂离子电容器电极材料。而且，通过杂原子(例如：B、N、P、O等)对炭材料进行掺杂可以进一步提高炭电极材料的性能，所以杂原子掺杂炭材料的开发成为了当今锂离子电容器领域的研究热点。

氮掺杂炭材料是近些年来研究比较火热的杂原子掺杂炭材料，例如：Xu Yanan等人以Mg粉为模板，以聚吡咯纳米纤维为缓冲剂，利用Mg与CO₂之间的氧化还原反应通过气相沉积法制备得到了多孔的氮掺杂炭材料(Adv.Mater.2020,2005531)；Yang Yuqi则是以还原氧化石墨烯为碳源，以水合肼和多巴胺为氮源，通过一步法制备得到了聚多巴胺石墨烯材料。然而，氮掺杂炭材料一直都难以实现商业化生产，原因在于：传统方法在制备炭材料的过程中需要采用浸渍分散和强碱性活化剂活化操作，存在耗时长、能耗高、污染大等问题，且炭材料的产率低，最终导致炭材料的价格居高不下。

发明内容

本发明的目的在于提供一种氮掺杂多孔片层炭及其制备方法和应用。

本发明所采取的技术方案是：

一种氮掺杂多孔片层炭的制备方法包括以下步骤：将含氮化合物、氯化物、活性添加剂和碳源混合加热至共熔，再在保护气氛中进行煅烧，即得氮掺杂多孔片层炭。

优选的，一种氮掺杂多孔片层炭的制备方法包括以下步骤：将含氮化合物、氯化物、活性添加剂和碳源混合加热至共熔，再在保护气氛中进行煅烧，再对煅烧得到的产物进行研磨、洗涤和干燥，即得氮掺杂多孔片层炭。

优选的，所述含氮化合物、氯化物、活性添加剂、碳源的摩尔比为4:6:0～0.15:0.4。

优选的，所述含氮化合物为尿素、硫脲中的至少一种。

优选的，所述氯化物为MgCl₂。

进一步优选的，所述氯化物为MgCl₂·6H₂O。

优选的，所述活性添加剂为FeCl₃、ZnCl₂中的至少一种。

优选的，所述碳源为蔗糖、葡萄糖、果糖中的至少一种。

优选的，所述加热在70℃～90℃下进行，加热时间为30min～50min。

优选的，所述煅烧在650℃～800℃下进行，保温时间为1h～3h。

优选的，所述保护气氛为氮气气氛或氩气气氛。

本发明的有益效果是：本发明的氮掺杂多孔片层炭具有优异的电化学性能，且制备工艺简单、反应可控、清洁环保、成本低廉，具有很好的工业化应用前景。

具体来说：