[發明專利]一種高比電容(BC)xNyOz材料及其合成方法

有效

• 申請號: 201710378559.1
• 申請日: 2017-05-25
• 公開（公告）號: CN107117589B
• 公開（公告）日: 2019-03-12
• 發明（設計）人: 李東旭;陳東平
• 申請（專利權）人: 華僑大學
• 主分類號: C01B21/082
• 分類號: C01B21/082
• 代理公司: 廈門市首創君合專利事務所有限公司 35204
• 代理人: 張松亭;姜謐

本發明提供了一種高比電容(BC)_xN_yO_z材料及其合成方法，包括(1)將分別含B原料和含CN原料加入溶劑中超聲溶解，預處理混合溶液；(2)將上述混合溶液與催化劑混合，放入密閉的反應釜中，經加熱冷卻得到粗產物溶液；(3)分離出上述粗產物溶液中的固體，在稀有氣體保護下二段加熱以除去溶劑及多余水分后進行充分研磨，得到粗產物粉末；(4)用酸和去離子水洗滌上述粗產物粉末，得到(BC)_xN_yO_z材料，其中3≤x≤9，0.5≤y≤1，0≤z≤9。

技術領域

本發明涉及一種高比電容(BC)_xN_yO_z材料及其合成方法。

背景技術

由于C和BN在結構和相變規律等方面的相似性，又因它們某些物理性質存在極大的差異，人們期望將兩者結合起來獲得一種新的具有特殊的力、熱、電、光等性能的材料。具備兩種材料優點的新型三元BCN材料應運而生。人們通常將此類三元BCN材料看作石墨網絡中部分碳原子被硼或氮原子取代的產物，其形態結構雖與碳納米管有相似之處，但它具有比碳納米管更優異的機械性能和電學性能，而且其直徑對其機械性能和電學性能的影響甚小。因此， (BC)_xN_yO_z材料在復合材料、磁性材料、發光材料和電子材料諸多領域有著廣泛的應用前景。

雖然(BC)_xN_yO_z材料具有許多優良性質，但制約其應用的瓶頸在于其制備困難，合成產率較低，而且合成過程難以控制。現有技術中，制備(BC)_xN_yO_z材料的主要方法有電弧放電法、等離子體蒸發法、熱絲氣相沉積法和高溫高壓法等，并在不同的制備條件下，制備出了形態各異和元素分布不同的硼碳氮三元化合物或硼碳氮氧化合物。其中高溫高壓方法最為成熟，目前為止，利用這種方法，已經實現了例如：立方氮化硼的產業化。但是，綜合分析該方法不難看出，制備過程仍然需要使用極端條件，例如溫度高于1000℃下還需人工加壓，因而對設備提出了十分苛刻的要求，這直接導致對設備需求高，產品價格居高不下；此外，用高溫高壓的制備方法其產物缺陷較多，晶粒粒度可調范圍窄，從而產物的比電容難以達到一個穩定的范圍，在其應用于超級電容器儲存電荷材料方面受限。

前人的研究主要集中在C和BN具有理想化學配比的BC₂N化合物。理論上，通過改變C、B、N的配比、甚至加入O的配比，可設計出不同組分的BCN材料或BCNO材料。隨著制備技術的進步，開發一種反應條件溫和、操作簡單、成本低的合成方法制備高比電容的(BC)_xN_yO_z材料就具有重要的意義。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足之處，提供了一種高比電容 (BC)_xN_yO_z材料及其合成方法，解決了上述背景技術中高溫高壓、制備條件苛刻、工藝復雜、產品比電容不穩定等問題。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：提供了一種高比電容 (BC)_xN_yO_z材料的合成方法，包括如下步驟：

(1)預處理混合溶液：將含B原料和含CN原料加入溶劑中進行超聲溶解，得到混合溶液；所述含B原料包括硼氫化鈉、納米硼粉、硼酸、硼氫化鉀；所述含CN原料包括三聚氰胺、1,3,5-均三嗪、吡嗪、2，4，6-三(2-吡啶基) 三嗪、三聚氯氰；

(2)制備粗產物溶液：將上述混合溶液與催化劑混合，放入密閉的反應釜中，在溫度為150-250℃下加熱5-30h，經自然冷卻至室溫，得到粗產物溶液；