[發明專利]一種制備海藻基多孔碳材料的方法

在審

• 申請號: 202010900613.6
• 申請日: 2020-08-31
• 公開（公告）號: CN112209373A
• 公開（公告）日: 2021-01-12
• 發明（設計）人: 張鋒;王秀英;翟濱
• 申請（專利權）人: 大連工業大學
• 主分類號: C01B32/205
• 分類號: C01B32/205;H01G11/24;H01G11/34;H01G11/44
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 周媛媛;李馨

本發明公開一種海藻基多孔碳材料的制備方法。制備步驟：將干燥的海藻粉末浸泡在鎳鹽溶液中充分吸附鎳離子后，干燥，并置于惰性氣氛中高溫煅燒得到碳化產物；將碳化產物用稀硝酸溶液浸泡，再用去離子水洗滌至中性，干燥處理得到海藻基多孔碳材料。其優點在于：制備方法簡單，成本低廉、制備過程中無需昂貴的設備，適用于工業化大規模生產；實現了海藻高附加值的綠色轉化；所制備的碳材料因同時具有較高的石墨化度、較大的比表面積和豐富的孔結構，而具有較高的比電容，可作為超級電容器的電極材料。

技術領域

本發明涉及一種制備海藻基多孔碳材料的方法，屬于材料制備領域。

背景技術

能源問題一直是現代文明快速發展的首要問題之一。開發和利用新能源、尋找能代替化石燃料的新能源材料進而減少環境污染是現代科學研究的重要課題。目前為止，太陽能、風能、水能等能源已被成功用來發電，但太陽能、風能的不穩定性導致其真正運用到實際生活中少之又少。因此，需要良好的儲能系統對能量進行有效地存儲，再加以利用，從而緩解其受客觀環境的影響。作為一種新型的能量儲存裝置，超級電容器以其充電快速、安全性高、功率密度高以及良好的循環性能等優點越來越受到科學研究者的青睞。電極材料是超級電容器性能的決定因素之一。目前，電極材料主要有三類：過渡金屬氧化物材料、導電聚合物材料和碳材料。其中，過渡金屬氧化物材料制備成本很高，不利于工業化生產，而導電聚合物材料循環性能不穩定，不能保障安全性。因此，碳材料以成本低廉、功率密度大、比電容大、循環性能穩定和循環壽命長等優點，成為市場應用前景最廣闊的電極材料。生產碳材料的原料主要有煤、石油和生物質等。從可持續、環境和經濟的角度來看，相比于煤和石油，豐富的、可再生的、低成本的天然生物質具有更高的實用價值。

目前，利用化學活化法處理生物質以期獲得高比表面積的碳材料是最常用的制備碳電極材料的方法。但是過分地追求高比表面積雖然會極大地提高比容量，但是也會導致體積能量密度的急劇下降，而在實際應用中體積能量密度是衡量超級電容器性能最為關鍵的參數之一。同時，高比表面積意味著低石墨化度，而石墨化度反映的是電子傳導能力，它也是決定電化學性能的一個關鍵因素。因此，過分地追求高比表面積并不可取，而開發同時具有高度石墨化，高比表面積和豐富孔結構的碳材料，并使比表面積和石墨化度達到一個理想的平衡狀態勢在必行。

海藻生長速度快，碳水化合物含量高，是制備碳材料的良好原料。我國沿海地區海藻儲量豐富，但是目前絕大部分的海藻都是作為海洋廢棄物處理丟棄。而利用海藻這種生物質來制備具有高度石墨化，高比表面積和豐富孔結構的碳材料還鮮有報道。

發明內容

本發明的目的是提供一種制備海藻基多孔碳材料的方法。這種方法簡單易行，具體包括如下步驟：

a.將海藻用去離子水清洗干凈后進行干燥，之后將其研磨成粉末；

b.將海藻粉末浸泡在鎳鹽溶液中2-96小時，然后收集固體并于50-80℃干燥；

c.將步驟b得到的粉末樣品置于管式爐中，在惰性氣氛下，以2-5℃min^-1的升溫速率升溫至600-900℃，保溫3-8小時后，冷卻至室溫，得到碳化產物；

d.將步驟c得到的碳化產物用1-3mol L^-1硝酸溶液浸泡1-12小時，再用去離子水洗滌至中性，然后于50-80℃干燥，得到海藻基多孔碳材料。

進一步地，在上述技術方案中，步驟b中所述鎳鹽為硫酸鎳、醋酸鎳、氯化鎳中的一種。

進一步地，在上述技術方案中，步驟b中所述鎳鹽的體積為0.03-5L，濃度為0.2-1.0mol L^-1，優選0.2-0.6mol L^-1。

進一步地，在上述技術方案中，步驟b中海藻粉與鎳鹽溶液的用量比為0.5-100g：0.03-5L。