[發(fā)明專利]一種用于超級(jí)電容器的氮硫共摻雜的層狀多孔碳雜化材料的制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011553472.1
• 申請(qǐng)日: 2020-12-24
• 公開（公告）號(hào): CN112735858A
• 公開（公告）日: 2021-04-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 藺華林;李夢(mèng)琰;王愛民;王云云;李欣;袁銘霞;陳哲;嚴(yán)春陽(yáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué)
• 主分類號(hào): H01G11/86
• 分類號(hào): H01G11/86;H01G11/24;H01G11/30;H01G11/32
• 代理公司: 上海科盛知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31225
• 代理人: 劉燕武

本發(fā)明涉及一種用于超級(jí)電容器的氮硫共摻雜的層狀多孔碳雜化材料的制備方法，包括以下步驟：(1)往去離子水中加入纖維素和硫脲，超聲分散均勻，得到纖維素溶液；(2)對(duì)所得纖維素溶液水熱處理，所得水熱產(chǎn)物洗滌、干燥后，再進(jìn)行預(yù)碳處理，得到預(yù)碳化樣品；(3)將預(yù)碳化樣品與活化劑、水混合均勻，繼續(xù)高溫煅燒，所得煅燒產(chǎn)物洗滌、干燥后，即得到目的產(chǎn)物。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明利用自然界大量存在的纖維素為碳前驅(qū)體，節(jié)約成本，屬于綠色工藝，同時(shí)摻雜了金屬元素提高多孔碳材料的贗電容性能，大幅增強(qiáng)了電極材料的儲(chǔ)電能力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于超級(jí)電容器電極材料制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種用于超級(jí)電容器的氮硫共摻雜的層狀多孔碳雜化材料的制備方法。

背景技術(shù)

人類社會(huì)活動(dòng)使不可再生資源快速損耗，導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境、能源安全和人類健康等問(wèn)題日益凸顯，人類將面臨著越來(lái)越嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。因此必須大力開發(fā)環(huán)境友好的、綠色可再生的新型清潔能源，例如潮汐能、生物能、地?zé)崮堋⑻?yáng)能及風(fēng)能等來(lái)緩解日益嚴(yán)重的能源匱乏和環(huán)境污染等問(wèn)題。

超級(jí)電容器的電荷儲(chǔ)存能力主要依賴所用的活性材料，故而改善和優(yōu)化活性材料對(duì)提高其能量存儲(chǔ)能力尤為重要，特別是開發(fā)電子傳輸能力強(qiáng)、孔道結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)的活性材料己經(jīng)吸引了大量研究者的目光。碳材料因其成本適宜、綠色環(huán)保及較好的導(dǎo)電性等優(yōu)點(diǎn)而被開發(fā)用作電極活性材料，然而，傳統(tǒng)碳材料一般以微孔為主且結(jié)構(gòu)單一，用作電極材料時(shí)比電容值較低。因此，開發(fā)出高性能的碳基電極材料是非常必要的。生物質(zhì)材料是一種環(huán)保可持續(xù)材料，具有來(lái)源廣、種類多及成本低等優(yōu)勢(shì)，通過(guò)預(yù)處理、碳化和造孔等過(guò)程可以制備性能優(yōu)異的生物質(zhì)碳基材料。摻雜雜原子(如O、N、S等)，使其制得的碳基材料擁有特殊的孔結(jié)構(gòu)和豐富的雜原子官能團(tuán)，相比于普通活性炭材料，其特殊的結(jié)構(gòu)能夠提供更多的有效比表面積，從而促進(jìn)電解液離子快速擴(kuò)散和電荷累積，確保電容器高倍率性能和高功率密度；而豐富的雜原子官能團(tuán)能夠產(chǎn)生額外的贗電容，從而提高整體電容性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是為了提供一種用于超級(jí)電容器的氮硫共摻雜的層狀多孔碳雜化材料的制備方法，所制備的以纖維素為碳源的氮硫共摻雜碳材料中具有良好的孔道結(jié)構(gòu)，氮和硫分布均勻，電化學(xué)性能良好。

本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

一種用于超級(jí)電容器的氮硫共摻雜的層狀多孔碳雜化材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)往去離子水中加入纖維素和硫脲，超聲分散均勻，得到纖維素溶液；

(2)對(duì)所得纖維素溶液水熱處理，所得水熱產(chǎn)物洗滌、干燥后，再進(jìn)行預(yù)碳處理，得到預(yù)碳化樣品；

(3)將預(yù)碳化樣品與活化劑、水混合均勻，繼續(xù)高溫煅燒，所得煅燒產(chǎn)物洗滌、干燥后，即得到目的產(chǎn)物。

進(jìn)一步的，步驟(1)中，纖維素與硫脲的質(zhì)量比為1:(0.3-1)。

進(jìn)一步的，步驟(1)中，超聲分散的時(shí)間為0.5-1.5h。

進(jìn)一步的，步驟(2)中，水熱處理的溫度為180℃，時(shí)間為24h。

進(jìn)一步的，步驟(2)中，預(yù)碳處理的溫度為500℃，時(shí)間為2h。

進(jìn)一步的，步驟(2)和步驟(3)中，干燥的溫度為60-110℃，時(shí)間為8-12h。

進(jìn)一步的，步驟(3)中，預(yù)碳化樣品與活化劑的質(zhì)量比為1:(1-2)。

進(jìn)一步的，步驟(3)中，高溫煅燒在惰性氣體氣氛下進(jìn)行，煅燒溫度為600-900℃，時(shí)間為2-5h。更進(jìn)一步的，所述惰性氣體為氮?dú)狻?/p>

進(jìn)一步的，高溫煅燒過(guò)程中，其升溫速率為5～10℃/min。