[發明專利]碳化活化氧化連續制備多孔炭/Fe3O4的方法

有效

• 申請號: 201810554341.1
• 申請日: 2018-06-01
• 公開（公告）號: CN108726576B
• 公開（公告）日: 2019-08-23
• 發明（設計）人: 高峰;曲江英;徐子迪
• 申請（專利權）人: 東莞理工學院
• 主分類號: C01G49/08
• 分類號: C01G49/08;C01B32/324;C01B32/336;C01B32/33;C01B32/318;H01G11/34;H01G11/24;H01G11/46;H01G11/86;H01M4/36;H01M4/52;H01M4/583;H01M10/0525
• 代理公司: 大連非凡專利事務所 21220
• 代理人: 閃紅霞

本發明公開一種碳化活化氧化連續制備多孔炭/Fe₃O₄的方法，采用無污染且成本低的固態粉末碳源（木質素或煤瀝青等）和K₂FeO₄為原料，在煅燒爐內連續進行碳化活化氧化，操作簡單，多孔炭/Fe₃O₄中Fe₃O₄質量分數為60~80%，有效增加了多孔炭的孔隙率和比表面積，用于電化學儲能，表現出很好的儲能性能。作為超級電容器電極其比容量達到98~366 F/g，作為鋰離子電池負極其放電比容量達到740~1020 mAh/g。本發明提高了木質素或煤瀝青等原料的附加值，降低了多孔炭/Fe₃O₄復合材料的制造成本，減少了堿性活化劑造成的環境污染，可實現低成本、綠色和工業級規?；a等優點。

技術領域

本發明涉及一種制備多孔炭/Fe₃O₄復合材料的方法，尤其是一種操作方法簡單，可實現低成本、綠色和工業級規?；a的碳化活化氧化連續制備多孔炭/Fe₃O₄的方法。

背景技術

電化學儲能因其高效、綠色、環保而被廣泛關注，超級電容器和鋰離子電池作為電化學儲能的代表已被廣泛應用。導電性好的多孔炭材料是最常用的電化學儲能的電極材料，但是存在著比容量低的問題；金屬氧化物也是一種電化學儲能的電極材料，具有理論容量高的優點，但循環穩定性差。為此，開發多孔炭與金屬氧化物復合的電極材料，使多孔炭和金屬氧化物相互協調、優勢互補成為關注的焦點。因鐵氧化物（FeO_x，x=1/2或3/4）具有比容量高、價格低廉、來源豐富、環境友好等優勢，多孔炭/FeO_x復合材料成為研究的熱點。目前，制備多孔炭/FeO_x復合材料的方法有如下兩種：第一種是先制備多孔炭，然后將制備的多孔炭與鐵鹽溶液混合，通過煅燒或水熱等得到多孔炭/FeO_x復合材料（Adv Funct Mater.2011;21(13):2430-8.）。該方法中制備活性炭常采用MgO、ZnO等模板（J Power Sources2017;340:183-91；Chem Eng J 2016;297:121-7），使用大量的氫氧化鉀（一般是炭質量的2~4倍）或ZnCl₂作為活化劑（Carbon, 2011, 49,718-736；Microporous Mesoporous Mater.,2015, 210, 39-45；Ind. Eng. Chem. Res., 2015, 54, 10731-10739；J Mater Chem A. 2013;1(33):9440；Nano Energy. 2015;12:141-51.）。所用活化劑腐蝕性強且大多有毒不環保，處理過程繁瑣、不連續。第二種是先制備FeO_x，將小分子（如多巴胺、葡萄糖等）聚合在FeO_x表面，然后再煅燒或水熱使聚合物碳化，從而在FeO_x表面包裹一層多孔炭（Nanoscale. 2013;5(3):1168-75；Chemistry. 2014;20(1):139-45；Science. 2007;318(5849):426-30）。該方法存在著原料昂貴、難以大規模生產等缺點。

發明內容

本發明是為了解決現有技術所存在的上述技術問題，提供一種操作方法簡單，可實現低成本、綠色和工業級規模化生產的碳化活化氧化連續制備多孔炭/Fe₃O₄的方法。