[發明專利]一種自摻氮多級孔碳材料及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 201810338923.6
• 申請日: 2018-04-16
• 公開（公告）號: CN108423677A
• 公開（公告）日: 2018-08-21
• 發明（設計）人: 申鋒;漆新華
• 申請（專利權）人: 農業部環境保護科研監測所
• 主分類號: C01B32/348
• 分類號: C01B32/348;H01G11/24;H01G11/26;H01G11/34;H01G11/86
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 王戈

1.一種自摻氮多級孔碳材料，其特征在于，根據以下步驟的方法制備得到：

(1)對含氮水生植物進行烘干、粉碎以及過篩，得到含氮水生植物粉末；

(2)對所述含氮水生植物粉末與活化劑進行球磨，得到混合物；

(3)對所述混合物進行高溫熱解，得到碳材料；

(4)采用洗脫液對所述碳材料進行堿洗以及酸洗，去掉所述碳材料中的雜質和活化劑，得到洗脫后的碳材料粉末；

(5)利用去離子水對所述洗脫后的碳材料粉末進行沖洗，得到沖洗后的碳材料粉末；

(6)對所述沖洗后的碳材料粉末進行烘干，得到自摻氮多級孔碳材料。

2.根據權利要求1所述的自摻氮多級孔碳材料，其特征在于，所述自摻氮多級孔碳材料含有雜原子N含量為1.6％～3.3％；

所述自摻氮多級孔碳材料為三級孔結構，所述三級孔結構為微孔、介孔以及大孔；

所述自摻氮多級孔碳材料的比表面積為1500～1800m²/g；所述微孔的面積為1200～1300m²/g；所述介孔的面積為300～500m²/g；孔容為0.5～0.9cm³/g。

3.一種自摻氮多級孔碳材料的制備方法，其特征在于，包括：

(1)對含氮水生植物進行烘干、粉碎以及過篩，得到含氮水生植物粉末；

(2)對所述含氮水生植物粉末與活化劑進行球磨，得到混合物；

(3)對所述混合物進行高溫熱解，得到碳材料；

(4)采用洗脫液對所述碳材料進行堿洗以及酸洗，去掉所述碳材料中的雜質和活化劑，得到洗脫后的碳材料粉末；

(5)利用去離子水對所述洗脫后的碳材料粉末進行沖洗，得到沖洗后的碳材料粉末；

(6)對所述沖洗后的碳材料粉末進行烘干，得到自摻氮多級孔碳材料。

4.根據權利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(1)中烘干溫度范圍為65～100℃，烘干時間范圍為8～12h，所用粉碎機功率范圍為600W～1000W，過篩目數范圍為20～50目。

5.根據權利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)中所述活化劑為碳酸氫鉀、氫氧化鉀或氯化鋅；

所述含氮水生植物粉末與所述活化劑混合質量比為1：1～4，球磨機功率范圍為300W～600W，球磨時間范圍為30～70min。

6.根據權利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(3)中的熱解溫度范圍為600～900℃，熱解時間范圍為2～5h，升溫速率范圍為4～10℃/min。

7.根據權利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(4)中的所述洗脫液為氫氧化鈉和鹽酸，所述洗脫液的濃度范圍為0.1～0.5mol/L；碳材料與單次洗脫液的質量比為1:50～100，洗脫時間范圍為1～4h。

8.根據權利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(6)中的烘干溫度范圍為65～100℃，烘干時間范圍為8～12h。

9.一種自摻氮多級孔碳材料的應用，其特征在于，包括：

將所述自摻氮多級孔碳材料與導電劑、粘結劑以及無水乙醇進行混合，得到混合物料；將所述混合物料涂覆在集流體上，干燥得到超級電容器電極；所述自摻氮多級孔碳材料由以下步驟的方法制備得到：將水生植物含氮水生植物烘干、粉碎以及過篩，得到含氮水生植物粉末；將所述含氮水生植物粉末與活化劑進行球磨，得到混合物；將所述混合物進行高溫熱解，得到碳材料；采用洗脫液對所述碳材料進行堿洗以及酸洗，去掉所述碳材料中的雜質和活化劑，得到洗脫后的碳材料粉末；將所述洗脫后的碳材料粉末烘干，得到自摻氮多級孔碳材料。

10.根據權利要求9所述的應用，其特征在于，所述自摻氮多級孔碳材料、所述導電劑以及所述粘結劑的質量比為5～8：0.5～1：0.5～1。