[發明專利]一種摻雜型碳氣凝膠材料及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 201810048841.8
• 申請日: 2018-01-18
• 公開（公告）號: CN108238596B
• 公開（公告）日: 2020-05-19
• 發明（設計）人: 隋竹銀;曾凡月;韓寶航
• 申請（專利權）人: 國家納米科學中心
• 主分類號: C01B32/05
• 分類號: C01B32/05;B01J20/20;B01J20/28;B01D53/02;H01G11/32
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 王文君;王文紅

1.一種摻雜型碳氣凝膠材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

1）吡咯和醛類化合物單體在高鹽氯化鋅條件下進行聚合反應，生成含有氯化鋅的聚合物凝膠材料；將該凝膠材料進行干燥處理，得含有氯化鋅的聚合物塊體材料；

2）將含有氯化鋅的聚合物塊體材料置于800~950°C的溫度下進行活化反應，即得摻雜型碳氣凝膠材料；所述高鹽氯化鋅溶液的質量濃度為40~60%；所述活化反應的時間為1~3小時：所述活化反應預升溫的速率為5~10°C/min；活化反應后降溫的速率為5~10°C/min；所述摻雜型碳氣凝膠材料具有多孔結構，所述摻雜型碳氣凝膠材料內摻有雜原子，所述雜原子為氮雜原子、硫雜原子、磷雜原子中的一種或多種，所述摻雜型碳氣凝膠材料的比表面積為1000~3000m²/g。

2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述摻雜型碳氣凝膠材料的多孔結構的孔容為0.2~2.0cm³/g；孔徑為0.4nm~50μm。

3.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述醛類化合物單體選自甲醛、乙二醛、戊二醛、2-噻吩甲醛、磷酸吡哆醛中的一種或多種，所述吡咯與所述醛類化合物單體的物質的量比為0.5~6：1。

4.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟1）所述聚合反應具體為：將吡咯與醛類化合物單體加入到高鹽氯化鋅溶液中，在溫度為50~130℃的條件下，聚合反應2~24小時；將所得凝膠材料在30~200℃的溫度下進行干燥處理，得含有氯化鋅的聚合物塊體材料。

5.根據權利要求1~4任一所述的方法，其特征在于，

所述活化反應在管式爐中進行，所述管式爐用氣體保護，進行保護的氣體選自氮氣、氬氣、氦氣、氖氣、氪氣、氙氣中的一種或多種。

6.根據權利要求1~4任一所述的方法，其特征在于，所述方法具體包括如下步驟：

1）吡咯與醛類化合物單體加入到高鹽氯化鋅溶液中，在冰水浴中充分混合；然后在溫度105℃的條件下，聚合反應12小時，生成含有氯化鋅的聚合物凝膠材料；將該凝膠材料在80℃的溫度下進行干燥處理，得含有氯化鋅的聚合物塊體材料；

2）將含有氯化鋅的聚合物塊體材料置于在氬氣或氮氣中，以5~10℃/min的速率，升溫至800~950℃；在800~950℃活化反應1~3小時；以5~10℃/min的速率降溫至室溫，即得摻雜型碳氣凝膠。

7.權利要求1或2所述方法制備的摻雜型碳氣凝膠材料在氣體吸附、超級電容器、以及電催化領域中的應用。

8.根據權利要求7所述的應用，其特征在于，所述摻雜型碳氣凝膠材料用作氣體吸附劑，吸附質為二氧化碳、甲烷、氫氣、氮氣中的一種或多種，

或，所述摻雜型碳氣凝膠材料用作超級電容器的電極。