[發(fā)明專利]二氧化碳催化制備具有多維分級結構的鐵基聚陰離子-高孔隙度生物質碳復合材料的方法

在審

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• 申請日: 2017-12-01
• 公開（公告）號: CN108023086A
• 公開（公告）日: 2018-05-11
• 發(fā)明（設計）人: 鄧超;張國明;張靖佳
• 申請（專利權）人: 哈爾濱師范大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/583;H01M4/38;H01G11/32
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 賈澤純

二氧化碳催化制備具有多維分級結構的鐵基聚陰離子?高孔隙度生物質碳復合材料的方法。本發(fā)明涉及電化學儲能材料領域，特別是一種鐵基聚陰離子?高孔隙度生物質碳復合材料的方法。本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有貴金屬資源匱乏造成的能源危機，生物質廢棄得不到有效利用的問題。以二氧化碳作為催化劑制備高孔隙生物質碳，并且以其為基體快速合成具有多維分級結構的鐵基聚陰離子復合材料。

技術領域

本發(fā)明涉及電化學儲能材料領域，特別是一種鐵基聚陰離子-高孔隙度生物質碳復合材料的方法。

背景技術

能源與環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展是目前世界所面臨的首要問題之一。隨著移動通訊、電動車、航空航天、可再生能源利用(如太陽能和風能)等領域的快速發(fā)展，對高性能的能量儲存與轉換裝置的需求急速增長，極大地推動了該領域的研究和開發(fā)。高性能電極材料的發(fā)展是制約儲能設備(如電池、電容器等)性能提高的主要因素。開發(fā)設計價廉、安全、環(huán)境友好、比能量高的電化學材料，是推動儲能設備發(fā)展的關鍵，也是目前研究的重點。在現(xiàn)有的電極材料中，聚陰離子型化合物是一類重要的正極材料。它以聚陰離子基團(XOn)為核心結構，具有穩(wěn)定的三維框架結構，良好的穩(wěn)定性和安全性，是電化學儲能領域重點研究對象之一。在聚陰離子材料中，鐵基聚陰離子材料具有價格低廉的優(yōu)勢，成為目前的研究熱點。但是，較低的電子導電性影響了鐵基聚陰離子材料的性能。傳統(tǒng)的碳摻雜改性方法雖然可以提高材料的導電性，但是常用的化學合成碳源(如石墨烯(Graphene)、碳納米管(CNT)、活性炭(AC))等，需要大量對環(huán)境有污染的強氧化劑(如濃硫酸、高錳酸鉀等)和化學試劑才可以合成。因此，尋找綠色、環(huán)保、低成本的新型合成方式及改性方法勢在必行。生物質由豐富的羧基、羥基等極性基團構成，其內(nèi)部具有大量的通氣(水) 孔道，可以通過適當?shù)奶幚砑夹g制備多孔結構碳源。而且，以廢棄生物質為基體制備多孔碳不僅使廢棄資源再次利用，還有利于環(huán)境的保護。但是，目前的處理技術不能夠充分利用生物質的結構，所制備的生物質碳孔隙率低，使復合材料的性能受到影響。因而，需要研發(fā)更有效的制備方法，提高生物的利用效率，改善生物質碳的結構，從而提高復合材料的性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有貴金屬資源匱乏造成的能源危機，生物質廢棄得不到有效利用的問題，而提供了二氧化碳催化制備具有多維分級結構的鐵基聚陰離子-高孔隙度生物質碳復合材料的方法。

二氧化碳催化制備具有多維分級結構的鐵基聚陰離子-高孔隙度生物質碳復合材料的方法具體是按以下步驟進行的：

一、將生物質依次進行表面清理、酸處理和活化處理，采用蒸餾水洗滌至中性，在溫度為60℃～80℃的條件下進行干燥，得到活化后產(chǎn)物；

二、將活化后產(chǎn)物置于真空密閉容器中，然后向真空密閉容器中充入二氧化碳氣體，抽真空，再次充入二氧化碳氣體，重復操作三次，然后在二氧化碳氣氛下保存24h，得到處理后的材料；

三、將處理過的材料在惰性氣體保護下進行碳化處理，得到高孔隙生物質碳；

四、依照待復合鐵基材料的化學式，按各種元素比例稱取對應的制備材料，并稱取相應量的氧化劑和還原劑；將稱取的制備材料、氧化劑和還原劑溶解于水，加入步驟三得到的高孔隙生物質碳，在溫度為80～100℃的條件下蒸干，得到前驅體粉末；所述待復合鐵基材料中鐵元素與氧化劑的摩爾比為1:(0.5～2)；所述氧化劑和還原劑的摩爾比為1:1；

五、將前驅體粉末放入高溫爐中在溫度為600～800℃的條件下煅燒3min～5min，得到具有多維分級結構的鐵基聚陰離子-高孔隙度生物質碳復合材料。

本發(fā)明制備的具有多維分級結構的鐵基聚陰離子-高孔隙度生物質碳復合材料用于儲能領域，如化學電源(包括鋰離子電池、鈉離子電池)、超級電容器等。

本發(fā)明的有益效果：