[發(fā)明專(zhuān)利]氮氧共摻雜多孔炭及L-賴(lài)氨酸制備多孔炭的方法與應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010320774.8
• 申請(qǐng)日: 2020-04-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111634908B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-03-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 韓奎華;王梅梅;齊建薈;牛勝利;滕召才;李英杰
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 山東大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C01B32/318
• 分類(lèi)號(hào): C01B32/318;C01B32/348;H01G11/48;H01G11/44;H01G11/34;H01G11/24;H01M4/583;H01M4/62
• 代理公司: 濟(jì)南圣達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 王磊

本發(fā)明公開(kāi)了氮氧共摻雜多孔炭及L?賴(lài)氨酸制備多孔炭的方法與應(yīng)用，將L?賴(lài)氨酸晶體置于惰性氣氛中進(jìn)行炭化，得L?賴(lài)氨酸基炭化樣；將L?賴(lài)氨酸基炭化樣進(jìn)行一次酸洗、一次水洗、一次烘干；將烘干后的L?賴(lài)氨酸基炭化樣和活化劑置于去離子水中進(jìn)行浸漬；將浸漬物置于惰性氣氛中，先加熱至200～400℃進(jìn)行預(yù)活化，再加熱至500～1000℃進(jìn)行活化；將活化后的物料進(jìn)行二次酸洗、二次水洗、二次烘干。本發(fā)明通過(guò)簡(jiǎn)單的自摻雜和化學(xué)活化制備的炭質(zhì)材料具有極高的比表面積、優(yōu)良的分級(jí)多孔結(jié)構(gòu)和均勻適量的N/O摻雜，可形成較多的贗電容，在含水系/凝膠電解質(zhì)的對(duì)稱(chēng)和非對(duì)稱(chēng)超級(jí)電容器中均表現(xiàn)出卓越的儲(chǔ)能性能和循環(huán)穩(wěn)定性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于異質(zhì)原子摻雜多孔炭制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及氮氧共摻雜多孔炭及L-賴(lài)氨酸制備多孔炭的方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)

公開(kāi)該背景技術(shù)部分的信息僅僅旨在增加對(duì)本發(fā)明的總體背景的理解，而不必然被視為承認(rèn)或以任何形式暗示該信息構(gòu)成已經(jīng)成為本領(lǐng)域一般技術(shù)人員所公知的現(xiàn)有技術(shù)。

為滿足電子產(chǎn)品、可再生能源設(shè)備、電動(dòng)汽車(chē)等的儲(chǔ)能需求，超級(jí)電容器的儲(chǔ)能性能亟待進(jìn)一步提高，而電極材料是決定其儲(chǔ)能性能的關(guān)鍵因素。炭質(zhì)材料，如多孔炭、炭納米管、石墨烯等，綠色環(huán)保，作為電極材料已廣泛運(yùn)用于超級(jí)電容器、鋰離子電池等進(jìn)行儲(chǔ)能，但其偏低的能量密度(通常低于50Wh/kg)并不能很好滿足實(shí)際需求。進(jìn)行P、S、N、O等雜原子摻雜是提高炭質(zhì)材料儲(chǔ)能性能的有效手段，許多研究表明進(jìn)行N/O共摻雜具有良好效果。N可在一定程度上強(qiáng)化炭材料供電子的能力，而O可在一定程度上強(qiáng)化炭材料接受電子的能力。N/O官能團(tuán)一方面可以提高炭質(zhì)材料親水性，如羧基、羥基、氨基等；另一方面可通過(guò)法拉第反應(yīng)形成贗電容(PC)，如吡啶型氮、吡咯型氮、羰基等。此外，部分N/O官能團(tuán)還可以提高導(dǎo)電性，如季氮、氧化吡啶N等。

摻雜N/O主要有兩種方法。一種為后期添加摻雜劑，該制備方法復(fù)雜，可能存在炭基與N/O源的相容性低、N/O分布不均勻等現(xiàn)象，同時(shí)還可能引起孔道結(jié)構(gòu)堵塞。利用氨氣進(jìn)行N摻雜，雖然能避免孔道結(jié)構(gòu)堵塞，但又會(huì)增加后續(xù)洗滌難度和安全隱患等問(wèn)題。另一種為利用含N/O前驅(qū)體進(jìn)行自摻雜，該方法可進(jìn)行均勻摻雜、保持良好孔道結(jié)構(gòu)，如苯醌/硫脲聚合物、醌-胺聚合物和三聚氰胺-乙二醛聚合物均可制備出N/O摻雜多孔炭。然而，本發(fā)明的發(fā)明人經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，很多由含N/O前驅(qū)體制備的N/O共摻雜多孔炭仍會(huì)存在比表面積小、孔隙結(jié)構(gòu)不發(fā)達(dá)、儲(chǔ)能性能低、循環(huán)穩(wěn)定性差等問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供氮氧共摻雜多孔炭及L-賴(lài)氨酸制備多孔炭的方法與應(yīng)用，本發(fā)明提供的氮氧共摻雜多孔炭具有優(yōu)良的電化學(xué)性能。

有機(jī)晶體形貌固定，質(zhì)地均勻，將其作為前驅(qū)體更有可能生成具有近似統(tǒng)一微觀形貌和均勻分布孔隙結(jié)構(gòu)的分級(jí)多孔炭。氨基酸為有機(jī)晶體且具有豐富的N/O官能團(tuán)，并且氨基酸是是綠色無(wú)毒的，可以在一定程度上降低設(shè)備條件。據(jù)本發(fā)明的發(fā)明人了解，目前，一些科研工作者選擇氨基酸作為N摻雜劑，但是忽略其中豐富的碳源；另外，一些科研工作者制備了多種氨基酸質(zhì)子離子液體，并通過(guò)化學(xué)活化制備了異質(zhì)原子摻雜炭材料，但其制備過(guò)程復(fù)雜，制備的異質(zhì)原子摻雜炭材料的比表面積和儲(chǔ)能性能都有待進(jìn)一步提高。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一方面，一種L-賴(lài)氨酸作為碳源、氮源、氧源在制備氮氧共摻雜多孔炭中的應(yīng)用。