[發明專利]一種摻雜氮的多孔碳微珠的制備方法

有效

• 申請號: 201510001515.8
• 申請日: 2015-01-04
• 公開（公告）號: CN104505268B
• 公開（公告）日: 2017-02-22
• 發明（設計）人: 張艷紅;藏琳琳;孟晨曦;孫立國;汪成
• 申請（專利權）人: 黑龍江大學
• 主分類號: H01G11/86
• 分類號: H01G11/86;H01G11/38;H01G11/42;H01G11/24;C01B32/05
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所23109
• 代理人: 侯靜

技術領域

本發明涉及一種摻雜氮的多孔碳微珠的制備方法。

背景技術

超級電容器是近年出現的一種新型的能源器件，而其中的電極材料對超級電容器的技術發展起著至關重要的作用。在所有的超級電容器的電極材料中，研究最早，技術最成熟的是碳材料。近年來，對碳材料電極的研究主要集中在改變其形貌增加碳材料的比表面積，改善電極表面與電解質溶液之間的浸潤性和摻雜導電的聚合物材料等方面。周等人將性能優異的石墨烯摻雜在聚丙烯腈中進行靜電紡絲，所得復合碳材料的比電容值高達263.7F/g；王等人采用原位聚合法，將導電聚苯胺對石墨烯進行包覆，復合后的納米結構碳材料比電容值為1127F/g。對基體材料進行造孔也是增加其比表面積的常用方法，其中無機鹽類的造孔劑是被人熟知的，但是近幾年來使用納米粒子作為硬模板來制備多孔材料開始逐漸被人關注，但是目前這種方法制備的多孔碳材料在水性電解質中的浸潤性較差。

發明內容

本發明是要解決目前使用納米粒子作為硬模板來制備多孔材料在水性電解質中的浸潤性較差和比電容較低的技術問題，而提供一種摻雜氮的多孔碳微珠的制備方法。

本發明的一種摻雜氮的多孔碳微珠的制備方法具體是按以下步驟進行的：

一、混合原料配成溶液：將二氧化硅微球粉末和聚乙烯吡咯烷酮粉末進行混合，再加入去離子水中充分攪拌均勻，得到混合溶液；所述的二氧化硅微球粉末和聚乙烯吡咯烷酮粉末的質量各為0.25g，去離子水的質量為5g；

二、固化成型：將步驟一得到的混合溶液倒入裝有二甲基硅油的聚丙烯微波爐盒中，在溫度為80℃～90℃和轉速為500rpm的條件下攪拌2h～3h，然后在室溫下靜置沉析12h～24h，得到復合微珠；所述的二甲基硅油的體積為500mL；

三、預氧化：將步驟二中得到的復合微珠從聚丙烯微波爐盒中取出進行分步升溫加熱，得到預氧化的復合微珠；所述的分步升溫加熱是按以下步驟進行的：在溫度為100℃的條件下加熱10h，然后升溫至150℃并在溫度為150℃的條件下加熱10h～12h，再升溫至280℃并在溫度為280℃的條件下加熱2h～3h；四、煅燒：在氮氣保護的條件下，將步驟三得到的預氧化的復合微珠在溫度為750℃～850℃的條件下煅燒2h～3h，在氮氣保護的條件下自然冷卻至室溫，得到煅燒后的復合微珠；

五、除去二氧化硅：將步驟四中得到的煅燒后的復合微珠浸泡在質量濃度為10％的氫氟酸水溶液中10h～12h，得到摻雜氮的多孔碳微珠。

本發明的優點：

一、本發明步驟二采用的聚丙烯微波爐盒中聚丙烯是一種特殊的疏水材料，表面能低，可以使復合微珠液滴在高速攪拌過程中不粘盒底和盒壁，而且能始終保持球形的形貌；

二、.本發明中二氧化硅微球粉末是硬模板，聚乙烯吡咯烷酮粉末是基體材料，采用乳化法制備多孔碳微珠，所得微珠直徑在2～80μm；

三、本發明在高速攪拌過程中，采用直接加熱的方式對混合液小液滴進行快速固化，加速液滴中水分的蒸發，能夠在短時間內使液滴的形貌得到固定；

四、本發明使用含氮的聚乙烯吡咯烷酮摻雜碳材料作為超級電容器電極材料，無需引入其他物質進行氮摻雜，碳材料本體富含的氮元素電負性大，極性與水分子中的氧元素的極性相近，所謂“相似者相溶”，因此它們之間有良好的相親性，電解質溶液在碳材料中的浸潤性更好；

五、本發明通過硬模板法制備多孔碳微珠，提高了碳材料的比表面積，制備過程簡單易行，并能很好地應用于超級電容器電極材料。

附圖說明

圖1是試驗一步驟二得到的復合微珠放大100倍的SEM；

圖2是試驗一步驟二得到的復合微珠放大5000倍的SEM；

圖3是試驗一步驟二得到的復合微珠放大10000倍的SEM；

圖4是試驗一步驟五得到的摻雜氮的多孔碳微珠放大5000倍的SEM；

圖5是試驗一步驟五得到的摻雜氮的多孔碳微珠的循環伏安曲線，曲線1是掃描速率為5mv/s的循環伏安曲線，曲線2是掃描速率為10mv/s的循環伏安曲線，曲線3是掃描速率為20mv/s的循環伏安曲線，曲線4是掃描速率為50mv/s的循環伏安曲線，曲線5是掃描速率為100mv/s的循環伏安曲線。

具體實施方式

具體實施方式一：本實施方式是一種摻雜氮的多孔碳微珠的制備方法，具體是按以下步驟進行的：