[發明專利]一種二維氮摻雜多孔碳納米片及其制備方法

有效

• 申請號: 201811544499.7
• 申請日: 2018-12-17
• 公開（公告）號: CN109360740B
• 公開（公告）日: 2020-07-31
• 發明（設計）人: 陳明
• 申請（專利權）人: 華進半導體封裝先導技術研發中心有限公司
• 主分類號: H01G11/24
• 分類號: H01G11/24;H01G11/86;H01G11/30;H01G11/36;C01B32/15
• 代理公司: 北京三聚陽光知識產權代理有限公司 11250
• 代理人: 李靜

本發明涉及新型柔性電極材料領域，具體涉及一種二維氮摻雜多孔碳納米片及其制備方法，包括如下步驟：(1)碳納米片的制備：將碳材料在惰性氣體保護下進行一次煅燒，降溫，制得碳納米片；(2)多孔碳納米片的制備：將碳納米片加入氧化酸性溶液中經過氧化反應制得多孔碳納米片；(3)二維氮摻雜多孔碳納米片的制備：將多孔碳納米片和表面活性劑加入水中，分散均勻，加入氮摻雜材料，溶解，混合均勻，干燥后研磨得混合物粉末，然后將混合物粉末在惰性氣體保護下進行二次煅燒，降溫，制得二維氮摻雜多孔碳納米片，本發明制得的二維氮摻雜多孔碳納米片具有均勻多孔，優良的儲能性能和循環穩定性。

技術領域

本發明涉及新型柔性電極材料領域，具體涉及一種二維氮摻雜多孔碳納米片及其制備方法。

背景技術

隨著可穿戴和便攜式電子設備的快速發展，各式各樣的柔性電子產品相繼問世。柔性可穿戴能量存儲設備，特別是超級電容器這類器件具有眾多的儲能優勢，具有比靜電電容高得多的功率密度，不僅適合于短時間內的功率輸出，而且還具有比功率高、比能量大、一次儲能多等特點。此外，超級電容器還具有內阻小，充放電效率高、循環壽命長、無污染的獨特優點，將其與其他元器件組成聯合體共同工作，是實現能量回收利用、降低污染的有效途徑。因此超級電容器是未來能源發展的重要方向之一。

近年來，碳納米管、石墨烯材料和碳材料已被廣泛應用于超級電容器的構建，但是也存在成本高、制備工藝復雜、力學性能差、離子吸附能力低的缺陷，而常規的碳材料的“點接觸”的電子傳遞模式及較為單一的孔徑分布嚴重影響了其電子和離子的傳輸，從而限制了其容量的發揮及倍率性能。二維氮摻雜分級孔碳納米片能夠很好地解決如上問題，其二維取向結構有利于構建三維“面接觸”的電子傳輸網絡，極大的提高了電極的導電性。

目前，二維氮摻雜分級孔碳納米片通常采用模板法制備，而且一般需要多種模板的協同作用下合成，然而使用上述模板法制備普遍存在工藝流程復雜，耗能耗時，不利于規模化生產的缺點。為此，中國專利文獻CN106025239A一種二維氮摻雜分級孔碳納米片的制備方法，包括以下步驟：將含氮的金屬有機骨架在氣體氛圍下于碳化溫度910～2000℃進行碳化，降溫，得到二維氮摻雜分級孔碳納米片；其中，含氮的金屬有機骨架中的金屬離子為鋅離子，雖然該種方法無需模板即可制得二維多孔氮摻雜碳納米片，然而由于碳納米片的制備與氮的摻雜同步進行使得氮元素影響碳納米材料本身的結構對稱性和穩定性，而且采用高溫水蒸氣致孔的方法易導致碳納米片表面形成的介孔不均勻，使形成的二維多孔氮摻雜碳納米片易于發生團聚，電容循環穩定性較低，限制其推廣應用。

發明內容

因此，本發明要解決的技術問題在于克服現有技術中因碳納米片形成的介孔不均勻，易團聚，電容循環穩定性差的缺陷，從而提供一種二維氮摻雜多孔碳納米片及其制備方法。

本發明提供了一種二維氮摻雜多孔碳納米片的制備方法，包括如下步驟：

碳納米片的制備：將碳材料在惰性氣體保護下進行一次煅燒，降溫，制得碳納米片；

多孔碳納米片的制備：將碳納米片加入氧化酸性溶液中經過氧化反應制得多孔碳納米片；

二維氮摻雜多孔碳納米片的制備：將多孔碳納米片和表面活性劑加入水中，分散均勻，加入氮摻雜材料，溶解，混合均勻，干燥后研磨得混合物粉末，然后將混合物粉末在惰性氣體保護下進行二次煅燒，降溫，制得二維氮摻雜多孔碳納米片。

進一步地，所述氧化酸性溶液為體積比為(0.5-2)：(0.5-2)：(0.5-2)的硫酸、硝酸和雙氧水的混合物。

優選地，所述硫酸、硝酸和雙氧水的體積比為1:1:1。

進一步地，所述表面活性劑為十二烷基苯磺酸鈉、十二烷基硫酸鈉和十二烷基磺酸鈉中的一種或至少兩種的混合物。

優選地，所述表面活性劑為十二烷基苯磺酸鈉。