[發明專利]一種熔鹽電解法制備碳化物衍生碳的方法

有效

• 申請號: 201310322535.6
• 申請日: 2013-07-29
• 公開（公告）號: CN103436904A
• 公開（公告）日: 2013-12-11
• 發明（設計）人: 秦秀娟;張磊;邵光杰
• 申請（專利權）人: 燕山大學
• 主分類號: C25B1/00
• 分類號: C25B1/00;C01B31/02
• 代理公司: 石家莊一誠知識產權事務所 13116
• 代理人: 續京沙

技術領域

本發明涉及一種碳化物衍生碳的制備方法。

技術背景

碳化物衍生碳具有相對高的比表面積和可調控的孔徑分布以及良好的電子導電性等優異特性，因此在氣體儲存、分子篩、催化劑載體、吸附劑、電池和超級電容器電極，水/空氣過濾和醫療設備等領域的潛在應用而變得非常重要。目前碳化物衍生碳的主要制備方法有：高溫熱分解法、鹵素侵蝕法、超臨界流體侵蝕法等。這些方法都是間歇性的，制備工藝復雜、生產周期長且能耗高；環境污染比較嚴重；從而造成了碳化物衍生碳的價格較高，限制了碳化物衍生碳的廣泛應用。

發明內容

本發明的目的在于提供一種制備方法簡單、成本低、無污染、便于工業化生產的熔鹽電解法制備碳化物衍生碳的方法。

本發明所采用的技術方案如下：

1、將金屬碳化物粉末，其為碳化鈦、碳化硅、碳化硼、碳化鎢、碳化鉻等，最好工業級、平均粒度2μm，在模具中以3-15MPa的壓力壓制成片。

2、在惰性氣體保護下以800-1000℃的溫度燒結2-8h。

3、將燒結的金屬碳化物片作為正極，以高純高密度石墨棒（含碳量>99.99%，密度1.5g/cm³）作為負極，將正負極放入陶瓷坩堝中，以陶瓷坩堝作為電解槽，加熱設備為坩堝電阻爐，電源為直流穩壓電源，在氬氣保護下的電解爐內以熔融鹽作為電解質，電解溫度400-1300℃，電解電壓1.8V-3.2V，電解時間2-60小時；所述的熔融鹽為氯化鈣、氯化鎂、氯化鉀、氯化鈉、及其混合熔鹽等。

4、電解結束后，將正極電解產物取出，冷卻至室溫，電解全過程均由氬氣保護。對電解產物依次進行去離子水水洗、36%鹽酸酸洗，最好超聲波輔助酸洗，再去離子水水洗，在空氣中120℃干燥，所制得的產物為碳化物衍生碳。

本發明與現有技術相比具有如下優點：

1、本發明是一種以廉價的工業級金屬碳化物為原料，使用了無污染、簡化的制備工藝，所制備出的碳化物衍生碳產品的純度高，孔徑分布均勻，比表面積大，電化學性能優越，具有高的比容量。

2、本發明所采用的電解設備，可使電解過程穩定、易于控制，制備成本低。

附圖說明

圖1是本發明熔鹽電解設備主視剖面示意簡圖。

圖2是本發明以工業碳化鈦為原料制備的碳化物衍生碳的XRD圖。

圖3是本發明以工業碳化硼為原料制備的碳化物衍生碳的XRD圖。

圖4是本發明以工業碳化硅為原料制備的碳化物衍生碳的XRD圖。

圖5是本發明以工業碳化鎢為原料制備的碳化物衍生碳的XRD圖。

圖6是本發明以工業碳化鉻為原料制備的碳化物衍生碳的XRD圖。

圖7是本發明以工業碳化鈦為原料制備的碳化物衍生碳的TEM圖。

圖8是本發明以工業碳化硼為原料制備的碳化物衍生碳的TEM圖

圖9是本發明以工業碳化硅為原料制備的碳化物衍生碳的TEM圖。

圖10是本發明以工業碳化鎢為原料制備的碳化物衍生碳的TEM圖。

圖11是本發明以工業碳化鉻為原料制備的碳化物衍生碳的TEM圖。

圖12是以碳化鈦為原料，400℃氬氣保護下3.2V熔鹽電解60h制備的多孔碳的不同電流密度下的充放電曲線圖。

圖13是以碳化硼為原料，750℃氬氣保護下3.0V熔鹽電解45h制備的多孔碳的不同電流密度下的充放電曲線圖。

圖14是以碳化硅為原料，900℃氬氣保護下2.6V熔鹽電解30h制備的多孔碳的不同電流密度下的充放電曲線圖。

圖15是以碳化鎢為原料，1100℃氬氣保護下2.2V熔鹽電解15h制備的多孔碳的不同電流密度下的充放電曲線圖。

圖16是以碳化鉻為原料，1300℃氬氣保護下1.8V熔鹽電解2h制備的多孔碳的不同電流密度下的充放電曲線圖。

圖中：1、坩堝電阻爐，2、石墨棒負極，3、熔鹽電解質，4、氬氣瓶，5、流量計，6、氬氣進氣口，7、冷卻水，8、電極延長線，9、熱電偶，10、氬氣出氣口，11、直流穩壓電源，12、不銹鋼電解爐，13、冷卻水夾套，14、金屬碳化物正極，15、陶瓷坩堝電解槽。