[发明专利]一种多孔碳材料掺杂改性的方法及应用

摘要

一种多孔碳材料掺杂改性的方法，所述方法采用还原氧化石墨烯负载的过渡金属硫族化合物，掺入多孔碳材料中对多孔碳材料进行表面掺杂改性。利用过渡金属硫族化合物的不饱和悬挂键所具备的化学吸附性与催化作用，不但可以增强多孔碳材料的吸附性，缓解多硫化锂的“穿梭效应”，同时还可以加快电化学反应动力学过程。利用所述过渡金属硫族化合物改性的多孔碳材料，用于制作电池电极，电极涂层，阻隔层或电池隔膜，用以提升锂硫电池的电化学性能。 1

主权项

1.一种多孔碳材料掺杂改性的方法，其特征在于，所述方法采用还原氧化石墨烯负载的过渡金属硫族化合物，掺入多孔碳材料中对多孔碳材料进行表面修饰掺杂改性。

2.根据权利要求1所述的一种多孔碳材料掺杂改性的方法，其特征在于，所述方法是将氧化石墨烯分散液、过渡金属盐、硫族单质或两种以上硫族单质混合物或硫族元素呈负价的化合物，三者混合，在还原剂存在条件下，采用水热法，反应得到还原氧化石墨烯负载的过渡金属硫族化合物，然后将所述还原氧化石墨烯负载的过渡金属硫族化合物掺入多孔碳材料，混合研磨，得还原氧化石墨烯负载的过渡金属硫族化合物掺杂改性的多孔碳材料；其中所述过渡金属盐为水溶性过渡金属盐或可溶于所述还原剂的过渡金属盐。

3.根据权利要求2所述的一种多孔碳材料掺杂改性的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

1)材料预处理：

将氧化石墨烯、过渡金属盐分别配制成水溶液，将硫族单质或两种以上硫族单质混合物或硫族元素呈负价的化合物溶于还原剂中配制成溶液或悬浊液；

2)制备还原氧化石墨烯负载的过渡金属硫族化合物：

将步骤1)的各溶液混合，采用水热法，反应生成还原氧化石墨烯负载的过渡金属硫族化合物，分离、干燥，得到干燥的还原氧化石墨烯负载的过渡金属硫族化合物粉末。

4.根据权利要求3所述的一种多孔碳材料掺杂改性的方法，其特征在于，所述步骤1)配制的氧化石墨烯的水溶液浓度为0.2～5.0mg·ml^‑1，所述过渡金属盐的水溶液浓度为1～3mol·ml^‑1，所述过渡金属盐为铁盐、铬盐、钼盐、钨盐、钴盐、镍盐或钒盐。

5.根据权利要求4所述的一种多孔碳材料掺杂改性的方法，其特征在于，所述铁盐为氯化亚铁、硫酸亚铁、硝酸亚铁、硝酸铁或氯化铁。

6.根据权利要求3所述的一种多孔碳材料掺杂改性的方法，其特征在于，所述步骤1)中所述硫族单质为硫粉、硒粉、碲粉；所述硫族单质混合物为硫硒混合物、硫碲混合物、硒碲混合物或硫硒碲混合物；所述硫族元素呈负价的化合物为含负价硫族元素的有机物或无机物；所述还原剂为乙二胺、水合肼或氢碘酸；所述硫族单质或两种以上硫族单质混合物或含负价硫族元素的化合物，其溶液浓度为2～6mol·ml^‑1。

7.根据权利要求3所述的一种多孔碳材料掺杂改性的方法，其特征在于，所述步骤2)的水热法反应在130～220℃，反应时间为6～24小时。

8.根据权利要求7所述的一种多孔碳材料掺杂改性的方法，其特征在于，所述步骤2)的中干燥为冷冻干燥。

9.根据权利要求3所述的一种多孔碳材料掺杂改性的方法，其特征在于，还包括步骤3)混合研磨：即将步骤2)得到的干燥的还原氧化石墨烯负载的过渡金属硫族化合物粉末掺入多孔碳材料中，使用高能球磨研磨得还原氧化石墨烯负载的过渡金属硫族化合物掺杂改性的多孔碳材料。

10.根据权利要求1‑9任一项所述一种多孔碳材料掺杂改性的方法制备的多孔碳材料，应用于制作电池的多孔碳电极、正极涂层、阻隔层或隔膜。