[发明专利]一种三聚氰胺参杂的多孔碳材料及其制备方法、应用

说明书

本发明公开了一种三聚氰胺参杂的多孔碳材料及其制备方法、应用，所述多孔碳材料以葡萄糖为糖源，以三聚氰胺为氮源，在惰性气体保护下，利用氯化铵在高温下释放气体将葡萄糖衍生的聚合物吹制成气泡，气泡通过气体释放和吹气逐渐减薄气泡壁，通过表面张力引起聚合物流体从壁排出并从聚合物中消除小分子，随后将聚合物壁在高温下碳化成超薄片材。本发明所述多孔碳材料在参杂一定比例的氮后，相比未参氮前导电性能、比电容、石墨化程度都得到了提升；且参杂氮工艺简单，可控性强，为碳材料的改性提供了思路。

技术领域

本发明涉及多孔碳材料制备技术领域，具体涉及一种三聚氰胺参杂的多孔碳材料及其制备方法、应用。

背景技术

当前所用的负极碳材料，作为电容器和电池的负极应用已经非常广泛，但由于碳材料本身的比电容较低，各类方法制备的碳材料导电率和石墨化程度不一，对碳材料在电化学领域的应用造成一定的困难。

众所周知，金属掺杂不仅可以改变电子结构，产生缺陷或形成新的化学键来抑制电子与空穴的复合，因此金属掺杂的研究对光催化材料性能的提高发挥着重要的作用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种三聚氰胺参杂的多孔碳材料及其制备方法，通过本发明所述方法制备的多孔碳材料不仅石墨化程度高，且具有高导电性和高比电容量。

此外，本发明还提供上述多孔碳材料的应用。

本发明通过下述技术方案实现：

一种三聚氰胺参杂的多孔碳材料，所述多孔碳材料以葡萄糖为糖源，以三聚氰胺为氮源，在惰性气体保护下，利用氯化铵在高温下释放气体(NH₃，HCl)将葡萄糖衍生的聚合物(例如蛋白黑素)吹制成若干气泡，气泡通过气体释放和吹气逐渐减薄气泡壁，通过表面张力引起聚合物流体从壁排出并从聚合物中消除小分子，随后将聚合物壁在高温下碳化成超薄片材。

本发明所述超薄具体是指厚度在10μm以内，所述从壁排出为从气泡壁排出，本发明所述的小分子是指融合过程中生成、组分遗留的小分子；后续的聚合物壁指形成的球型气泡状框架。

本发明的多孔碳材料通过XRD检测可以观察到2θ＝24°和44°处的两个宽衍射峰，其对应于石墨碳的(002)和(100)平面，这表明石墨化碳骨架的形成，24°处的峰强远大于44°处的峰强。

本发明的碳材料在用三聚氰胺参杂一定比例的氮后，由于更多氮加入到了多孔碳中，多孔碳中的含氮基团的增加，氮原子带有额外的孤对电子，活化邻了近的碳原子，增强导电导电性能。此外参杂后的碳材料比电容、石墨化程度都得到了提升。

综上，本发明的多孔碳材料为氮掺杂碳材料，相比未参氮的碳材料导电性能、比电容、石墨化程度都得到了提升，并且用氯化铵在高温下“吹气”发泡的工艺，使得参氮碳材料呈膨胀泡沫状。

进一步地，葡萄糖和三聚氰胺的质量之和与氯化铵的质量比为1：5～5：1。

上述质量比能够增加N含量，N含量的增加具有以下效果：

①有益于导电性能提升：N原子带有额外的孤对电子，可以活化邻近的C原子，增强导电性。②从XRD检测来看，参杂N提升了石墨化度。③从电化学测试来看，参杂N提升了比电容。

进一步地，葡萄糖和三聚氰胺的质量之和与氯化铵的质量比为1：0.5～1：1.5。

优选地，葡萄糖和三聚氰胺的质量之和与氯化铵的质量比为1～1。

进一步地，葡萄糖和三聚氰胺中三聚氰胺的质量占比为1.0％～21.0％，包括2.0％、3.0％、4.0％、5.0％、5.5％、6.5％、7.0％、8.5％，10.0％、12.5％、15.0％、17.5％、20.0％。

上述质量比能够将碳材料中N含量控制在合理范围内。