[發明專利]高電容聚吲哚類氮摻雜多孔碳材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201710042992.8
• 申請日: 2017-01-19
• 公開（公告）號: CN107045944B
• 公開（公告）日: 2019-07-16
• 發明（設計）人: 周衛強;徐景坤;吳井;蔣豐興;祝丹華
• 申請（專利權）人: 江西科技師范大學
• 主分類號: H01G11/26
• 分類號: H01G11/26;H01G11/32;H01G11/86
• 代理公司: 北京恩赫律師事務所 11469
• 代理人: 劉守憲

本發明公開了一種高電容聚吲哚類氮摻雜多孔碳材料及其制備方法，屬于碳材料加工技術領域。所述高電容聚吲哚類氮摻雜多孔碳材料，由以下重量份的組分組成：吲哚類化合物10～30份、氧化劑30～90份、活化劑60～180份、溶劑300～1000份。本發明提供的氮摻雜多孔碳材料具有較高的氮摻雜量和大孔徑分布，具有高充放電穩定性、高倍率性能、高比電容值的特點。

技術領域

本發明涉及碳材料加工技術領域，特別是指一種高電容聚吲哚類氮摻雜多孔碳材料及其制備方法。

背景技術

超級電容器作為綠色環保二次能源裝置可以有效地緩解能源短缺和溫室效應嚴重等問題，是符合國家新能源發展戰略重大需求。超級電容器具有高功率、瞬間大電流充放電、使用壽命長和節約能源等特點成為當前研究熱點之一。

高性能超級電容器必須同時具備高電容值、高倍率性能、高功率密度、高能量密度及高穩定性。超級電容器碳基電極材料研究廣泛，包括活性炭黑、碳納米管、石墨烯等。然而，這些碳基材料是電化學雙層電容特性，其孔徑主要以微孔為主，電解質在微孔中傳輸受阻，電容值不高。氮摻雜多孔碳材料表現出贗電容和電化學雙層電容特性，具有較高的比電容值，因此氮摻雜多孔碳材料是一種很好的選擇。

氮摻雜多孔碳材料的制備方法主要有兩種：一是先制備多孔碳材料，再對多孔碳材料進行氮摻雜改性；另一種是制備碳材料過程中直接進行氮摻雜。前者由于氮摻雜只在碳表面進行，得到的氮摻雜量不高，通常低于3％，其電容值有限。后者雖然可以提高氮摻雜含量，具有較高的電容值，但是制備多孔材料通常需要使用模板，而去除模板需要使用強腐蝕劑，導致過程繁瑣、成本較高、環境不友好等問題。因此，簡單、低成本、且適用于工業化生產制備高電容性能氮摻雜多孔碳材料是非常重要的。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種制備簡單、成本低廉、適用于大規模工業化生產的高電容性能聚吲哚類碳化衍生氮摻雜多孔碳材料的制備方法。

為解決上述技術問題，本發明提供技術方案如下：

一方面，提供一種高電容聚吲哚類氮摻雜多孔碳材料，由以下重量份的組分制成：吲哚類化合物10～30份，氧化劑30～90份，活化劑60～180份，溶劑300～1000份。

優選的，所述高電容聚吲哚類氮摻雜多孔碳材料，由以下重量份的組分組成：吲哚類化合物15～25份、氧化劑45～60份、活化劑90～150份、溶劑450～750份。

優選的，所述高電容聚吲哚類氮摻雜多孔碳材料的氮摻雜量為5～11％，孔徑為1～500nm。

優選的，所述吲哚類化合物為吲哚、羧基吲哚、氨基吲哚、硝基吲哚、羥基吲哚、氰基吲哚、羰基吲哚、烷基吲哚、鹵素吲哚和烷氧基吲哚中的一種或多種。

優選的，所述氧化劑為過硫酸銨、高氯酸銅、碘酸鉀、三氯化鐵、雙氧水、重鉻酸鉀、高錳酸鉀中的一種或多種；所述活化劑為氫氧化鉀、氫氧化鈉、氯化銅、氯化鋅、碳酸鉀、碳酸鈉、磷酸中的一種或多種；所述溶劑為有機溶劑與水溶液的混合物，所述有機溶劑為乙醇、異丙醇、乙腈、二氯甲烷、三氯甲烷中一種或多種。

另一方面，還提供上述高電容聚吲哚類氮摻雜多孔碳材料的制備方法，包括：

步驟1：將吲哚類化合物與氧化劑在一定比例條件下，加入溶劑中，攪拌混合，過濾干燥，獲得聚吲哚類納米顆粒；

步驟2：將所述步驟1制備的聚吲哚類納米顆粒放入活化劑中進行活化，然后干燥，獲得活化的聚吲哚類納米顆粒；

步驟3：將所述步驟2制備的活化的聚吲哚類納米顆粒放入氮氣保護下的馬弗爐中進行高溫碳化處理，氮氣流速為0.2～0.5L/min，升溫速率為5～10℃/min，得到高電容性能氮摻雜多孔碳材料。