[發(fā)明專利]一種硫摻雜納米碳及其電化學(xué)制備方法與用途有效
| 申請(qǐng)?zhí)枺?/td> | 201610179713.8 | 申請(qǐng)日： | 2016-03-25 |
| 公開(kāi)（公告）號(hào)： | CN105839129B | 公開(kāi)（公告）日： | 2018-05-01 |
| 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人： | 汪的華;陳志剛;鄧博文;朱華;肖巍;毛旭輝;甘復(fù)興 | 申請(qǐng)（專利權(quán)）人： | 武漢大學(xué) |
| 主分類號(hào)： | C25B1/00 | 分類號(hào)： | C25B1/00;C25B11/04;C25B13/00;B82Y30/00;H01G11/30;H01G11/36;H01M4/36;H01M4/38;H01M4/587;H01M10/0525 |
| 代理公司： | 湖北武漢永嘉專利代理有限公司42102 | 代理人： | 崔友明 |
| 地址： | 430072 湖*** | 國(guó)省代碼： | 湖北;42 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 摻雜 納米 及其 電化學(xué) 制備 方法 用途 | ||
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種硫摻雜納米碳及其電化學(xué)制備方法與用途，屬于炭材料領(lǐng)域，也屬于電化學(xué)領(lǐng)域。
背景技術(shù)
近年來(lái)，熔鹽電解轉(zhuǎn)化二氧化碳制備無(wú)定形的納米碳被認(rèn)為是一種有效的納米碳制備技術(shù)。Licht等人提出了一種將太陽(yáng)能和太陽(yáng)光輻射熱結(jié)合加熱熔鹽的方法捕集利用二氧化碳(J.Physical.Chem.C.2011,115(23):11803-11821)。Groult等人在熔鹽碳酸鹽中采用恒電位電解的方法轉(zhuǎn)化二氧化碳為納米級(jí)的碳(J.Electrochem.Soc.2002,149(5):D72-D78)。中國(guó)專利CN102895847A報(bào)道了一種CO2捕集資源化的方法，該方法采用Li2CO3-Na2CO3-K2CO3三元碳酸鹽作為熔鹽電解質(zhì)，通過(guò)恒槽壓電解的方法制備了無(wú)定形的納米級(jí)別碳。
這些方法制備的產(chǎn)品均為純的納米級(jí)別碳，如何使用熔鹽電化學(xué)電解制備性能更優(yōu)異的硫摻雜納米碳是一項(xiàng)新的技術(shù)挑戰(zhàn)。
發(fā)明內(nèi)容
為了制備硫摻雜的納米碳，本發(fā)明提供了一種熔鹽電解制備硫摻雜納米碳及其方法，該硫摻雜納米碳可作為超級(jí)電容器用儲(chǔ)能材料、鋰離子電池正極材料、電催化材料以及有效吸附水體中及空氣中污染物。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種硫摻雜納米碳電化學(xué)制備方法，其使用堿金屬碳酸鹽作為熔鹽電解質(zhì)體系；采用惰性材料為陽(yáng)極，以金屬或非金屬材料為陰極；采用電化學(xué)反應(yīng)裝置；將含有CO2和SO2的火電廠、水泥廠、化工廠除塵脫硫后的工業(yè)煙氣通入熔鹽電解質(zhì)中，在350-900℃的溫度范圍內(nèi)，進(jìn)行電解，制得硫摻雜納米碳。
一種硫摻雜納米碳電化學(xué)制備方法，其使用堿金屬碳酸鹽與堿金屬硫酸鹽的混合體作為熔鹽電解質(zhì)體系；采用惰性材料為陽(yáng)極，以金屬或非金屬材料為陰極；采用電化學(xué)反應(yīng)裝置；將CO2或者含有CO2和SO2的火電廠、水泥廠、化工廠除塵脫硫后的工業(yè)煙氣通入熔鹽電解質(zhì)中，在350-900℃的溫度范圍內(nèi)，進(jìn)行電解，制得硫摻雜納米碳。
按上述方案，所述的堿金屬碳酸鹽為L(zhǎng)i2CO3、Na2CO3和K2CO3中的任意一種或者多種的混合。
按上述方案，所述的堿金屬硫酸鹽為L(zhǎng)i2SO4、Na2SO4和K2SO4中的任意一種或者多種的混合。
按上述方案，所述陽(yáng)極為二氧化錫陶瓷電極、石墨電極以及鈦電極、金電極、鉑電極、銥電極、鈀電極及其合金電極中的任意一種；所述的陰極為石墨電極以及鎳電極、銅電極、鉬電極、鈦電極、鋁電極、銀電極、金電極、鉑電極及其合金電極中的任意一種。
按上述方案，控制電化學(xué)反應(yīng)裝置的電解槽壓在2.8V-6V之間。
按上述方案，所述的電化學(xué)反應(yīng)裝置分為陰極區(qū)和陽(yáng)極區(qū)，采用全封閉或者半封閉的隔膜將陰極區(qū)和陽(yáng)極區(qū)分開(kāi)，防止陽(yáng)極區(qū)產(chǎn)生的氧氣擴(kuò)散至陰極區(qū)，避免陰極區(qū)得到的硫摻雜碳材料被二次氧化。
上述任意一項(xiàng)制備方法所得的硫摻雜納米碳。
按上述方案，所述的硫摻雜納米碳的形貌為蜂窩狀，其粒徑為200-250nm，所述的硫摻雜納米碳中硫主要以C-S-C的成鍵方式形成。
所述的硫摻雜納米碳作為超級(jí)電容器用儲(chǔ)能材料、鋰離子電池正極材料、電催化材料以及有效吸附水體中及空氣中的污染物的材料的應(yīng)用。
本發(fā)明的反應(yīng)機(jī)理：當(dāng)施加一定的電壓在上述碳酸鹽熔鹽中時(shí)，碳酸鹽發(fā)生分解，生成單質(zhì)碳和金屬氧化物，以Li2CO3-Na2CO3-K2CO3(摩爾比Li2CO3:Na2CO3:K2CO3＝43.5:31.5:25)摻雜不同濃度的Li2SO4的為例，介紹反應(yīng)機(jī)理如下：
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