[發明專利]一種氮磷含量可控的多孔炭材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201811299688.2
• 申請日: 2018-11-02
• 公開（公告）號: CN109264695A
• 公開（公告）日: 2019-01-25
• 發明（設計）人: 姜俠;李錫勇;梁亞;王語諾;韓曉茹
• 申請（專利權）人: 威海海洋職業學院
• 主分類號: C01B32/05
• 分類號: C01B32/05;H01G11/34
• 代理公司: 杭州斯可睿專利事務所有限公司 33241
• 代理人: 王利強

一種氮磷含量可控的多孔炭材料及其制備方法，將腺嘌呤溶解在不同濃度的磷酸溶液中，每10mL去離子水加入0.5～4g腺嘌呤和0.5～4g磷酸；調控混合溶液中腺嘌呤和磷酸的質量比例，然后調整浸漬時間(12～24小時)，然后干燥制得碳前驅體；將前驅體在惰性氣體保護下于400～800℃條件下煅燒1～5小時，冷卻后，洗滌、過濾，干燥，得到所述氮磷摻雜含量可控的多孔炭材料。本發明制備工藝簡單，成本較低，可以有效的制備孔隙發達的氮磷共摻雜炭材料，制得的材料具有良好的超級電容性能。

技術領域

本發明涉及一種氮磷含量可控的有良好的電容性能的多孔炭材料及其制備方法。

背景技術

近幾十年來，化石燃料的過度消耗引起了日益嚴峻的環境問題，嚴重阻礙了社會的快速發展。因此，發展可持續的能源儲存和轉換系統是當前一個嚴峻的任務。雙電層超級電容器具有高功率密度、良好的倍率性能和循環壽命長的優點，得到了眾多學者的廣泛關注。其工作原理是雙電層原理，即通過材料表面對電解液離子的靜電吸附電荷在電極和電解液之間形成界面雙電層。在電場作用下正、負離子向兩極做定向移動，在兩個電極之間產生的電勢差，超級電容器可以進行能量的存儲(Zhang,Li Li Zhao,X.S.Carbon-basedmaterials as supercapacitor electrodes.Chem.Soc.Rev.,2009,38(9):2520-2531)。炭材料具有良好的導電性，較大的比表面和良好的化學穩定性，一直以來是雙電層超級電容器的主要電極材料，但是炭材料的比電容性能較差，限制了電容器的發展。為了提高超級電容器的比電容，將雜原子氮、磷、硫、硼等摻雜并引入碳晶格中，不僅可以提高炭材料的浸潤性和導電性，同時也能增加額外的贗電容。

目前研究中超級電容器性能得到明顯提升的是炭材料中摻雜氮原子，氮原子可以提高炭材料的潤濕性、導電性，增加反應活性位點并形成電子供體，從而帶來良好的循環穩定性。為了進一步提高氮摻雜炭材料的電容性能，將氮和其他雜原子進行共摻雜是目前一個很有發展前景的手段，通過不同雜原子之間的協同作用，極大地提高材料的電容性能。華東理工大學陳建定教授把聚丙烯酸，三聚氰胺-甲醛樹脂和次磷酸鈉混合，經過固化，碳化得到氮磷共摻雜的多孔炭材料(Qiang Y.,Jiang J.,Xiong Y.,Hao Chen,Chen J.,GuanS.,Chen J.Facile synthesis of N/P co-doped carbons with tailoredhierarchically porous structures for supercapacitor applications.RSC Adv.,2016,6,9772-9778)。該炭材料在1M的H₂SO₄中表現出了優異的雙電層電容性能，比電容達到了177F g^-1，在電流密度10Ag^-1下，其比電容為保持了原來的67％，最重要的是在循環10000次后，其比電容幾乎沒有變化，表現優異的穩定性。但是該法反應原料多，反應步驟比較復雜，不利于產業化生產，且所得炭材料的比電容較低，不能很好的提高超級電容器的性能。因此，開發一種簡單快捷、有較高電容性能的制備方法是目前的一個難點。

發明內容

為了克服已有多孔炭材料及其制備方法的氮磷含量不可控、比電容較低、不能很好的提高超級電容器的性能的不足,本發明提供一種氮磷含量可控、有良好的超級電容性能的氮磷含量可控的多孔炭材料及其制備方法。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種氮磷含量可控的多孔炭材料，由如下方法制備：

(1)將腺嘌呤溶解在不同濃度的磷酸溶液中，每10mL去離子水加入0.5～4g腺嘌呤和1～10g磷酸；

(2)調控(1)混合溶液中腺嘌呤和磷酸的質量比例，然后調整浸漬時間，干燥制得碳前驅體；