[发明专利]一种氮掺杂多孔碳材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种氮掺杂多孔碳材料及其制备方法和应用，属于多孔碳材料制备技术领域。包括以下步骤：将甘蔗糖蜜进行炭化，得到炭化产物；将所述炭化产物、含氮化合物和活化剂混合后，在保护性气体的氛围下，进行活化反应，得到所述氮掺杂的多孔碳材料。在本发明中，甘蔗糖蜜中含糖量较高，将其作为碳源，掺杂含氮化合物来制备氮掺杂的多孔碳材料，经活化剂活化，可以增加碳材料的比表面积，得到发达的孔隙结构，制得的多孔碳材料在电化学性能测试中，表现出优异且稳定的电化学性能。

技术领域

本发明涉及多孔碳材料制备技术领域，尤其涉及一种氮掺杂多孔碳材料及其制备方法和应用。

背景技术

多孔碳材料丰富的孔隙结构，可以使其比表面积得到极大的提升，而且多孔碳材料一般具有稳定的物理和化学性质，良好的导电导热性以及稳定的机械性能等特性。这也使得多孔碳材料在储能、传感以及吸附等领域得到了广泛的研究和应用。

糖蜜是制糖工业的主要副产品，含糖量在40～60wt％。目前，世界糖蜜年产量已超出5500万吨。在现有技术中，已经公开了由糖蜜制备高性能碳材料，如“韩雪,邹博,顾小雪等.糖蜜基多孔碳球电极材料的制备及应用.高等学校化学学报(6):1135～1139.”和中国专利CN105174258A，但是制得的多孔碳材料仍存在比电容低的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种氮掺杂多孔碳材料及其制备方法和应用。本发明将含氮化合物作为氮源，与甘蔗糖蜜的炭化产物和活化剂经过活化反应得到氮掺杂多孔碳材料，将其作为超级电容器的电极材料具有较高的比电容。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种氮掺杂多孔碳材料的制备方法，包括以下步骤：

将甘蔗糖蜜进行炭化，得到炭化产物；

将所述炭化产物、含氮化合物和活化剂混合，在保护性气体的氛围下，进行活化反应，得到所述氮掺杂的多孔碳材料。

优选地，所述炭化的温度为400℃，时间为2小时。

优选地，由室温升温至所述炭化的温度的升温速率为10℃·min^-1。

优选地，所述炭化前还包括干燥处理，所述干燥处理的温度为100～140℃。

优选地，所述炭化产物、含氮化合物和活化剂的质量比为1:(2～4):3，所述含氮化合物为尿素和/或三聚氰胺，所述活化剂为KOH。

优选地，所述活化反应的温度为600～900℃，时间为1～2小时。

优选地，由室温升温至所述活化反应的温度的升温速率为20℃·min^-1。

优选地，所述活化反应后还包括将所得活化反应产物依次进行盐酸溶液洗涤、水洗和干燥。

本发明还提供了上述技术方案所述制备方法制得的氮掺杂多孔碳材料，所述氮掺杂多孔碳材料的孔隙率为20.11～54.74％，氮的掺杂量为0.66～6.12wt％。

本发明还提供了上述技术方案所述的氮掺杂多孔碳材料在超级电容器中作为电极材料的应用。