[发明专利]一种杂原子掺杂的多孔碳材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种杂原子掺杂的多孔碳材料及其制备方法和应用，其包括如下步骤：将琥珀酸盐和金属离子源溶于去离子水中，于140~160℃搅拌20~60min后，得到金属螯合琥珀酸盐，将金属螯合琥珀酸盐放入炭化炉中在抽真空条件下炭化，在炭化过程中以20~30 mL/min的速率不断通入N₂/Ar，先从室温以4~7℃/min速率升温到240±10℃保温2~4h后，继续以4~7℃/min速率升温到800±10℃保温0.5~1.5h，再缓慢降至室温，即制得黑色多孔碳材料。本发明所提供的杂原子掺杂的多孔碳材料的制备方法步骤简单，得到的多孔碳材料氮原子分布均匀，电化学性能更加稳定可观。

技术领域

本发明涉及一种杂原子掺杂的多孔碳材料及其制备方法和应用，属于碳材料领域。

背景技术

目前，碳材料由于其具备优良的多孔性能被广泛应用于吸附剂、催化剂、燃料电池、二次电池的电极材料、超级电容、复合材料、气敏元件、太阳能电池、多种电子器件等领域。碳材料因为其功能元素、掺杂元素和孔容孔径等不同而具备不同的性能。

本申请人一直致力于不同碳材料的制备，以期获得简单的制备方法和性能优越的产品。本发明人部分研究如下：CN110615424A公开了氮磷掺杂多孔碳材料及其制备方法和应用，获得的氮磷掺杂多孔碳材料具备均匀的氮原子、磷原子掺杂，丰富均匀的孔径的分布，较大的比表面积和孔容，较好的电学性能和吸附性能。CN110577206A公开了一种基于聚天冬氨酸盐的含氮多孔碳材料的制备方法及其应用，先将聚天冬氨酸盐放入炭化炉中在抽真空条件下炭化，制得黑色含氮碳材料，经过酸洗得到含氮多孔碳材料，得到的产品氮原子和孔径分布更加均匀，有较好的电学性能；CN110316717A也公开了一种含氮多孔碳材料，得到的产品却可以有效提高对二氧化碳的吸附能力。基于以上研究，为了拓宽不同多孔碳材料的性能和用途，本申请人期望得到一种性能优越制备方法简单的含杂原子的多孔碳材料。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种操作简单、性能优越的杂原子掺杂的多孔碳材料的制备方法，并同时提供其应用。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：

技术主题一

本发明提供了一种杂原子掺杂的多孔碳材料的制备方法，其包括如下步骤：

步骤一：预处理

将琥珀酸盐和金属离子源溶于去离子水中，于140~160℃搅拌20~60min后，得到金属螯合琥珀酸盐。

步骤二：炭化处理

将金属螯合琥珀酸盐放入炭化炉中在抽真空条件下炭化，在炭化过程中以20~30mL/min的速率不断通入N₂/Ar，先从室温以4~7℃/min速率升温到240±10℃保温2~4h后，继续以4~7℃/min速率升温到800±10℃保温0.5~1.5h，再缓慢降至室温，即制得黑色多孔碳材料。

作为本发明的一些优选实施方案，所述琥珀酸盐选自氨基二琥珀酸四钠，亚氨基二琥珀酸四钠，乙二胺二琥珀酸三钠，磺基琥珀酸二辛酯钠，磺基琥珀酸单酯二钠或十八烯醇磺基琥珀酸二钠盐。