[發(fā)明專(zhuān)利]一種氮摻雜碳納米復(fù)合材料及其制備方法和用途

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610182655.4
• 申請(qǐng)日: 2016-03-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107240506A
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-10-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 智林杰;梁家旭;肖志昌
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 國(guó)家納米科學(xué)中心
• 主分類(lèi)號(hào): H01G11/36
• 分類(lèi)號(hào): H01G11/36;H01G11/30;H01G11/86
• 代理公司: 北京品源專(zhuān)利代理有限公司11332
• 代理人: 鞏克棟,侯瀟瀟

1.一種氮摻雜碳納米復(fù)合材料，其特征在于，所述復(fù)合材料具有導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，氮元素參與導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)骨架的形成；

所述導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)由芳香腈化合物單體與碳納米材料原位聚合后得到，或者所述導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)由芳香腈化合物單體的預(yù)聚體與碳納米材料聚合后得到。

2.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料，其特征在于，所述芳香腈化合物單體為氰基取代的芳香環(huán)化合物或氰基取代的芳香雜環(huán)化合物

優(yōu)選地，所述氰基取代的芳環(huán)化合物為苯甲腈、對(duì)苯二甲腈、鄰苯二甲腈、間苯二甲腈和1,3,5-三氰基苯中的任意1種或至少2種的組合；

優(yōu)選地，所述氰基取代的芳香雜環(huán)化合物，雜原子優(yōu)選為氮原子，優(yōu)選為氰基取代的吡啶，氰基取代基的個(gè)數(shù)至少為2個(gè)，優(yōu)選為2-4個(gè)；

優(yōu)選地，所述碳納米材料選自石墨烯、石墨烯泡沫、碳納米管、碳納米纖維、碳納米棒、碳納米球、炭黑、多孔活性炭中的任意1種或至少2種的混合。

3.如權(quán)利要求1或2所述的復(fù)合材料，其特征在于，所述復(fù)合材料中，氮含量為1～30wt％，優(yōu)選為2～20wt％；

優(yōu)選地，所述復(fù)合材料的比表面積為100～3000m²/g，孔徑分布為0.5～100nm。

4.一種如權(quán)利要求1～3之一所述的氮摻雜碳納米復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述方法為將芳香腈化合物單體與碳納米材料進(jìn)行原位聚合，得到氮摻雜碳納米復(fù)合材料；

優(yōu)選地，所述原位聚合的反應(yīng)溶劑為熔融金屬鹽或路易斯酸。

5.一種如權(quán)利要求1～3之一所述的氮摻雜碳納米復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述方法為將芳香腈化合物單體的預(yù)聚體與碳納米材料進(jìn)行聚合反應(yīng)，得到氮摻雜碳納米復(fù)合材料；

優(yōu)選地，所述聚合反應(yīng)的反應(yīng)溶劑為熔融金屬鹽或路易斯酸。

6.如權(quán)利要求4或5所述的氮摻雜碳納米復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述芳香腈化合物單體選自氰基取代的芳環(huán)化合物或氰基取代的芳香雜環(huán)化合物中的任意1種或至少2種的組合，

優(yōu)選地，所述氰基取代的芳環(huán)化合物選自苯甲腈、對(duì)苯二甲腈、鄰苯二甲腈、間苯二甲腈和1,3,5-三氰基苯中的任意1種或至少2種的組合；

優(yōu)選地，所述氰基取代的芳香雜環(huán)化合物，雜原子優(yōu)選為氮原子，優(yōu)選為氰基取代的吡啶，氰基取代基的個(gè)數(shù)至少為2個(gè)，優(yōu)選為2-4個(gè)。

優(yōu)選地，所述碳納米材料選自石墨烯、石墨烯泡沫、碳納米管、碳納米纖維、碳納米棒、碳納米球、炭黑和多孔活性炭中的任意1種或至少2種的混合，優(yōu)選為碳納米管和石墨烯；

優(yōu)選地，所述熔融金屬鹽選自金屬氯化物，優(yōu)選為氯化銅，氯化亞銅，氯化鋅，氯化鐵，氯化錫中的任意1種或至少2種的組合，優(yōu)選為氯化鋅；

優(yōu)選地，所述路易斯酸選自三氟甲磺酸或/和硫；

所述芳香腈化合物單體與熔融金屬鹽的質(zhì)量比為1:10～1:1，優(yōu)選為1:8～1:2；

所述碳納米材料與芳香腈化合物單體的質(zhì)量比為0.1～5，優(yōu)選為0.1～1。

7.如權(quán)利要求4～6之一所述制備方法，其特征在于，所述原位聚合和聚合反應(yīng)的溫度選自所述反應(yīng)溶劑的熔點(diǎn)至沸點(diǎn)，優(yōu)選自300～700℃，優(yōu)選300～600℃；

優(yōu)選地，所述原位聚合和聚合反應(yīng)的時(shí)間為2～100小時(shí)，優(yōu)選為10～20小時(shí)；

優(yōu)選地，所述原位聚合和聚合反應(yīng)在惰性氣氛中進(jìn)行，所述惰性氣氛為氬 氣、氮?dú)狻⒑饣蚰蕷庵械娜我?種或至少2種的組合，優(yōu)選為氬氣和氮?dú)獾慕M合。

8.一種如權(quán)利要求1～3之一所述氮摻雜碳納米復(fù)合材料的用途，其特征在于，所述氮摻雜碳納米復(fù)合材料用于超級(jí)電容器的電極材料。

9.一種超級(jí)電容器，其特征在于，所述超級(jí)電容器以權(quán)利要求1～3之一所述氮摻雜碳納米復(fù)合材料為電極材料。