[發(fā)明專利]一種含磷介孔碳材料及其制備方法和應用

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201810496554.3
• 申請日: 2018-05-22
• 公開（公告）號: CN108622873A
• 公開（公告）日: 2018-10-09
• 發(fā)明（設計）人: 王金秀;趙東元;李偉;夏緣
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: C01B32/05
• 分類號: C01B32/05;H01M4/583;H01M10/0525
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;陸尤

本發(fā)明屬于材料制備技術領域，具體涉及一種含磷介孔碳材料及其制備方法和應用。本發(fā)明首先將非離子表面活性劑溶解到有機溶劑中，然后加入可溶性樹脂和含磷前驅(qū)體，利用溶劑揮發(fā)誘導多元有機組裝得到含磷樹脂?表面活性劑復合材料，最后進行高溫碳化，得到含磷介孔碳材料。本發(fā)明制得的含磷介孔碳材料的磷含量為0.3–7.0wt%，孔徑為3.0–15nm，孔容0.2–0.6cm³/g，比表面積290–890m²/g。這些新型含磷介孔碳材料在鋰離子電池電極材料方面顯示出良好的性能，在電流密度為0.5 C下，循環(huán)200次后容量保持在500 mAh/g。同時，在鈉離子電池、電催化等方面可望有廣闊的應用。

技術領域

本發(fā)明屬于材料制備技術領域，具體涉及一種含磷介孔碳材料及其制備方法和在鋰離子電池領域的應用。

背景技術

介孔碳材料是一類新型的納米多孔材料，不僅具有介孔材料的性質(zhì)如高的比表面積、大的孔容、2 ~ 50 nm可調(diào)的孔徑等，也具有碳的優(yōu)異性質(zhì)，如良好的導電性、熱穩(wěn)定性、機械穩(wěn)定性、對化學反應惰性等，這些性質(zhì)使得這類材料在催化、吸附和分離、電化學、能量存儲等領域有著廣闊的應用前景。

通過表面基團的嫁接和/或骨架中雜原子的摻雜對介孔碳進行修飾，可以引入新的活性位點，賦予介孔碳多功能化，為介孔碳材料拓寬了應用領域。修飾的方法主要包括（1）后處理法與（2）直接合成法。后處理法可以通過后嫁接的方法來實現(xiàn)，即對所合成的介孔碳材料通過化學反應進行修飾，將雜原子引入到介孔碳中。但由于碳材料具有較為惰性的表面且缺少活性位點，同時由于介孔的高表面曲率以及納米孔的限域?qū)Ψ肿訑U散有抑制作用，這使得這種后嫁接方法條件苛刻、較難控制。而且，通過后嫁接引入的雜原子分布不均勻，在應用當中容易流失。直接合成法主要是在合成碳材料的初始引入帶有雜原子（N、P、S、F等）的特殊前軀體，經(jīng)聚合、碳化后將雜原子引入到碳材料的表面或骨架，從而改變碳材料的性質(zhì)。目前含磷介孔碳的合成最常用的為硬模板法，即將碳前驅(qū)體與含磷前驅(qū)體共同填充到介孔二氧化硅硬模板的介孔孔道中，經(jīng)過碳化和除去硬模板，得到反相復制硬模板介觀結構的含磷介孔碳。但該方法不足之處在于，合成過程較繁鎖，周期長，合成成本昂貴，難以推廣。

鑒于此，我們利用磷前驅(qū)體與非離子表面活性劑和可溶性樹脂前驅(qū)體三元組裝合成含磷介孔碳材料，該合成方法簡便可控、易于大量合成。所得含磷介孔碳材料具有較高的磷含量，大比表面積，可調(diào)的孔徑，并且在鋰離子電池方面表現(xiàn)出優(yōu)良的性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的之一是提供一種新型的含磷介孔碳材料。

本發(fā)明的目的之二是提供上述含磷介孔碳材料的制備方法。

本發(fā)明的目的之三是提供上述含磷介孔碳材料在鋰離子電池領域的應用。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術方案來實施。

一種含磷介孔碳材料，磷含量為0.3 – 7.0 wt%，孔徑為3.0 – 15 nm，孔容0.2 –0.6 cm³/g，比表面積290 – 890 m²/g。

這種含磷介孔碳的制備方法，具體步驟如下：

（1）在室溫下，將非離子表面活性劑溶解在有機溶劑中得到澄清溶液；

（2）然后，加入可溶性樹脂前驅(qū)體和含磷前驅(qū)體，攪拌混合均勻，并使溶劑揮發(fā)誘導共組裝；

（3）待溶劑揮發(fā)完之后，低溫固化的固體，所得含磷樹脂-非離子表面活性劑復合材料在惰性氣氛下高溫碳化，得到含磷介孔碳材料。