[發明專利]一種摻雜碳材料的制備方法及其制得的摻雜碳材料

在審

• 申請號: 201710165124.9
• 申請日: 2017-03-20
• 公開（公告）號: CN106904606A
• 公開（公告）日: 2017-06-30
• 發明（設計）人: 李永峰;苗華迪;馬新龍;徐春明
• 申請（專利權）人: 中國石油大學(北京)
• 主分類號: C01B32/194
• 分類號: C01B32/194;C01B32/21;C01B32/168;C01B32/156;C01B32/05;H01B1/04;H01B13/00
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司11127
• 代理人: 張德斌,姚亮

技術領域

本發明涉及一種摻雜碳材料的制備方法及其制得的摻雜碳材料，屬于碳材料及其改性技術領域。

背景技術

碳材料來源豐富，廉價易得，且本身具有密度小、比表面大、導電性、熱穩定性及耐腐蝕性優良等優點而被廣泛應用于催化劑載體、電極材料及氣體分離凈化等領域。

為了進一步提高碳材料的電化學性能，本領域研究者進行了大量的研究工作并證實對碳材料進行雜原子摻雜可以有效提高碳材料的電化學性質。尤其，氮原子是研究最多的摻雜劑，其可以在六元碳晶格引入更多的缺陷點位。近年來，除了氮元素，其他比氮元素電負性低的硼、磷或與其電負性相似的硫元素等摻雜的碳材料的電催化活性研究也引起了越來越多的關注。并且由于硫具有一對孤對電子，容易極化，可以提高碳材料的化學活性。不僅如此，最近的理論計算證明：氮、硫元素的共摻雜可以帶來協同效應由于電荷密度和自旋密度的重新分配。然而，目前為止，合成雜原子摻雜碳材料的方法依然非常有挑戰性，亟待開發出簡單的新方法。

因此，提供一種簡單、工藝成本低且適合大規模工業化生產的摻雜碳材料的新型制備方法已經成為本領域亟需解決的技術問題。

發明內容

為了解決上述的缺點和不足，本發明的目的在于提供一種摻雜碳材料的制備方法。

本發明的目的還在于提供由所述摻雜碳材料的制備方法制備得到的摻雜碳材料。

本發明的目的又在于提供所述摻雜碳材料作為電極材料導電劑的應用。

為達到上述目的，本發明提供一種摻雜碳材料的制備方法，其包括以下步驟：

(1)、將碳材料浸漬于摻雜源溶液中，得到碳材料和摻雜源的混合物；

(2)、除去步驟(1)所得混合物中的溶劑，得到固相混合物；

(3)、在惰性氣氛下煅燒步驟(2)得到的固相混合物；

(4)、將煅燒后的產物冷卻，再經洗滌后干燥，得到所述摻雜碳材料；

其中，所述摻雜源包括硫源或氮硫源。

根據本發明具體的實施方案，當摻雜碳材料制備方法中所用摻雜源為硫源時，制備得到的材料為硫摻雜碳材料；當摻雜碳材料制備方法中所用摻雜源為氮硫源時，制備得到的材料為氮硫雙摻碳材料。

在所述制備方法步驟(1)中浸漬為本領域常規技術手段，本申請在室溫下進行浸漬，且碳材料在摻雜源溶液中混合均勻則浸漬結束。

在所述制備方法步驟(2)中，本領域技術人員可以根據所用溶劑的不同采用任何合適的方法除去步驟(1)所得混合物中的溶劑，只要保證可以實現去除溶劑的目的即可。

根據本發明具體的實施方案，在所述的制備方法中，優選地，所述碳材料包括石墨、多孔碳、碳納米管、富勒烯、石墨烯、生焦及熟焦中的任一種。

在所述的制備方法中，優選地，所述硫源包括苯磺酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉及二芐基二硫中的一種或幾種的組合。

在所述的制備方法中，優選地，所述氮硫源包括硫脲。

在所述的制備方法中，優選地，摻雜源溶液所用溶劑包括乙醇或水。

在所述的制備方法中，優選地，所述摻雜源與碳材料的質量比為0.5:1-15:1。

在所述的制備方法中，優選地，所述惰性氣氛包括氬氣或氮氣。

在所述的制備方法中，優選地，所述煅燒為300-1000℃煅燒20-600min。

在所述的制備方法中，優選地，步驟(4)具體包括以下步驟：將煅燒后的產物冷卻至室溫，再用溫水洗滌后干燥，得到所述摻雜碳材料；

更優選地，所述溫水的溫度為60-100℃。

在所述制備方法步驟(4)中干燥為本領域常規技術手段，本領域技術人員可以在合適的干燥設備中采用合適的干燥工藝對產物進行干燥處理，只要保證可以實現干燥的目的即可。

本發明還提供了由上述摻雜碳材料的制備方法制備得到的摻雜碳材料，優選地，當所述摻雜碳材料為硫摻雜碳材料時，其電導率為100-80000S/cm，摻硫量為0.1-15at％；

當所述摻雜碳材料為氮硫雙摻碳材料時，其電導率為100-80000S/cm，摻硫量為0.1-15at％；摻氮量為0.1-15at％。

本發明還提供了所述摻雜碳材料作為電極材料導電劑的應用。

本發明所提供的制備方法簡便易行，工藝成本低，適合大規模工業化生產。同時，制備得到的摻雜碳材料中氮、硫含量較高，導電性能優異，電化學性能很好，可應用在鋰離子電池、電極等方面。

附圖說明

圖1為本發明實施例6制備得到的氮硫雙摻石墨烯的XPS譜圖；