[發明專利]一種聚苯胺基炭材料及其孔隙結構的調控方法和應用

在審

• 申請號: 202010008379.6
• 申請日: 2020-01-06
• 公開（公告）號: CN111153393A
• 公開（公告）日: 2020-05-15
• 發明（設計）人: 徐飛;邱玉倩;姜廣申;徐金瀚;王洪強
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: C01B32/05
• 分類號: C01B32/05;C01B32/205;H01M4/583;H01M10/054;B82Y40/00;B82Y30/00;D01F9/24;D01F6/76
• 代理公司: 西安銘澤知識產權代理事務所(普通合伙) 61223
• 代理人: 徐云俠

本發明公開了一種聚苯胺基炭材料及其孔隙結構的調控方法和應用，屬于納米材料和能源科學技術領域，包括以下步驟：制備聚苯胺基炭前驅體；將聚苯胺基炭前驅體在不同壓力條件下進行加壓處理，之后進行碳化處理，冷卻，制得不同孔隙結構的聚苯胺基炭材料；本發明在給定前驅體和碳化處理條件下，通過簡單物理方法實現了給定前驅體炭材料孔隙結構的調控，與傳統方法相比，無需借助超高的碳化溫度，極大降低工藝能耗，節約成本，所制得的聚苯胺基炭材料用作鈉離子電池負極材料，循環性能穩定，在儲能等領域擁有廣泛的應用前景。

技術領域

本發明屬于納米材料和能源科學技術領域，具體涉及一種聚苯胺基炭材料及其孔隙結構的調控方法和應用。

背景技術

納米孔炭材料由于具有豐富可調的孔結構、良好的導電性和優異的機械性能等特點，在能源儲存、吸附分離、催化等領域有廣泛的應用。納米孔炭材料的孔結構對材料的性能發揮著重要的作用，例如，具有微孔骨架和高比表面積的炭有助于增加雙電層電容；而低孔隙/低缺陷炭有利于提高鋰/鈉離子電池首次庫倫效率以及插層容量。炭材料骨架微孔結構與所選擇的前驅體以及碳化工藝有很大的關系。例如，利用蔗糖、酚醛樹脂、聚苯胺等碳化得到微孔骨架，而利用一些含有大π平面結構的前驅體往往可獲得不含微孔或微孔較低的炭材料。研究人員也通過改變碳化溫度來改變微孔孔隙，比如提高碳化溫度可以降低硬炭的比表面積、孔隙度以及骨架內缺陷。因此，要實現炭材料骨架在微孔和無孔之間的轉換，需要使用不同的前驅體或者不同的碳化/活化條件。在給定前驅體和碳化處理條件下，如何調控給定前驅體炭材料的孔隙結構還需要進一步研究。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺點，本發明提供一種聚苯胺基炭材料及其孔隙結構的調控方法和應用。

本發明的第一個目的是提供一種聚苯胺基炭材料孔隙結構的調控方法，包括以下步驟：

制備聚苯胺基炭前驅體；將聚苯胺基炭前驅體在不同壓力條件下進行加壓處理，之后進行碳化處理，冷卻，制得不同孔隙結構的聚苯胺基炭材料。

優選地，在壓力為0.1-10MPa下進行加壓處理。

優選地，所述碳化處理具體為氮氣保護下，400-800℃碳化處理3h。

優選地，所述碳化處理的升溫速率為2℃/min，氮氣流速為80mL/min。

優選地，所述聚苯胺基炭前驅體為聚苯胺或苯胺-吡咯共聚物。

優選地，所述聚苯胺具體是通過以下步驟制得：

將苯胺和過硫酸銨在1mol/L鹽酸溶液中混合溶解，靜置反應1.5-2.5h后，過濾、洗滌、干燥，制得聚苯胺；所述過硫酸銨：苯胺用量比為0.6-0.65g：1mL，鹽酸與苯胺用量比為0.06-0.08mol：1mL。

優選地，所述苯胺-吡咯共聚物具體是通過以下步驟制得：

將苯胺和吡咯依次加至Triton X-100的水溶液中，混合均勻，制得分散液，將過硫酸銨在0-5℃加至分散液中，冰水浴條件下靜置反應12h后過濾、洗滌、干燥，制得苯胺-吡咯共聚物；苯胺：吡咯：Triton X-100的用量比為8.1-8.3mL：6.1-6.5mL：1g；Triton X-100：水用量比為0.001g：1mL；過硫酸銨：苯胺用量比為5g：1mL。

本發明的第二個目的是提供由上述調控方法制得的聚苯胺基炭材料。

本發明的第三個目的是提供上述聚苯胺基炭材料在鈉離子電池負極材料中的應用。

與現有技術相比，本發明的有益效果在于：