[发明专利]竹粉为原料制备碳基超级电容器电极材料的方法

摘要

本发明提供了一种竹粉为原料制备碳基超级电容器电极材料的方法：氮气保护下，原料竹粉经两阶段碳化处理后，将碳化产物与碱、水均匀混合，混合物加热至其中水分含量为初始的10％～30％，再进行两阶段活化处理，之后经洗涤、干燥得到碱活化竹碳粉，将其加入磷氮掺杂溶液中，先超声混匀，再进行水热反应，反应液经后处理即得成品；本发明以廉价、环保、可再生、易获得的竹材作为原料制备超电容用碳材料，具有明显的成本优势，本发明方法采用两阶段碳化和两阶段活化工艺，可以促使竹材中的杂质充分去除，同时形成碳含量较高的多孔碳材料，并且，引入磷氮杂原子共掺杂工艺，赋予竹碳额外的赝电容，使其电容性能大幅度提升。

主权项

一种竹粉为原料制备碳基超级电容器电极材料的方法，其特征在于，所述的制备方法按如下步骤进行：(1)碳化：氮气保护下，原料竹粉经两阶段碳化处理，得到碳化产物；所述的两阶段碳化处理为：第一阶段于200～300℃保温1～3h，第二阶段于700～900℃保温1～3h；(2)碱活化：将步骤(1)得到的碳化产物与碱、水均匀混合，并将所得混合物置于80～100℃烘箱中加热至混合物中水分含量为初始的10％～30％，接着进行两阶段活化处理，活化处理后所得活化物料经酸中和、去离子水洗涤至中性，再置于80～100℃真空干燥箱中干燥12～24h，制得碱活化竹碳粉；所述碳化产物与碱、水的质量比为1：2～7：2～9；所述的两阶段活化处理为：第一阶段于200～300℃保温1～3h，第二阶段于700～900℃保温1～3h；(3)杂元素掺杂：将步骤(2)得到的碱活化竹碳粉加入磷氮掺杂溶液中，先于30～40KHz超声30～40min混合均匀，再于120～180℃进行水热反应12～24h，之后冷却至室温，反应液经离心或过滤得到固体产物，将所得固体产物用水和乙醇洗涤至中性，再置于80～100℃真空干燥箱中干燥12～24h，即得成品；所述碱活化竹碳粉与磷氮掺杂溶液的质量比为1：40～70；所述的磷氮掺杂溶液为尿素‑磷酸混合水溶液或者氨水‑磷酸混合水溶液；所述尿素‑磷酸混合水溶液中，尿素的浓度为60～120g/L，磷酸的浓度为60～120g/L；所述氨水‑磷酸混合水溶液中，氨浓度为10～40g/L，磷酸的浓度为60～120g/L。